DE102019123822A1

DE102019123822A1 - Rechnerische Störschallkompensation für Ultraschallsensorsysteme

Info

Publication number: DE102019123822A1
Application number: DE102019123822.6A
Authority: DE
Inventors: Sylvio Salomon; Marian Röger; Uwe Kupfernagel
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11
Also published as: KR20220058930A; EP4025933A1; JP2022547115A; CN114467039A; WO2021044048A1; JP7445748B2; US20220334249A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein verdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem (1), insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Wandmaterial (2), aufweisend folgende Schritte: Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation (100), umfassend Störschallsignalinformation (3) eines Wandmaterials (2) und/oder Luftschallsignalinformation (4), mit einem Ultraschallsensor (5) des Ultraschallsensorsystems (1);Speichern der Referenz-Umgebungsinformation (200);Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation (300), umfassend Störschallsignalinformation (3) des Wandmaterials (2) und/oder Luftschallsignalinformation (4), mit dem Ultraschallsensor (5); undBilden eines Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen (400) aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation, mit einer Recheneinheit (6).Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur rechnerischen Ultraschallkompensation mit Mitteln zur Durchführung der Schritte des Verfahrens. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit dem System zur rechnerischen Ultraschallkompensation. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, ein Datenträgersignal und ein computerlesbares Medium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnerischen Schallkompensation für ein verdeckt oder unverdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem, insbesondere für ein Fahrzeug.
Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur rechnerischen Ultraschallkompensation mit Mitteln zur Durchführung der Schritte des Verfahrens.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit dem System zur rechnerischen Ultraschallkompensation.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm überträgt.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen.
Üblicherweise werden Ultraschallwandler beziehungsweise Ultraschallsensorsysteme zur Umfeldüberwachung in Fahrzeugen in der Regel unverdeckt verbaut, das heißt es gibt im Bereich der Ultraschallwandler Öffnungen im Wandmaterial des Fahrzeugs.
Der verdeckte und damit von außen unsichtbare Verbau der Ultraschallwandler beziehungsweise Ultraschallsensorsysteme ist optisch zu bevorzugen, setzt sich derzeit allerdings nicht mehrheitlich durch, weil die dadurch während eines Ultraschallsignalsendevorgangs entstehenden und ohne weitere Maßnahmen nur langsam abklingenden parasitären Körperschallamplituden in der unmittelbar angrenzenden Fahrzeugstruktur, insbesondere in dessen Wandmaterial, eine zuverlässige Detektion der in Form von Echos über den Luftweg einkoppelnden Ultraschallsignale erheblich erschweren.
Demgegenüber bedeutet verdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem beispielsweise bei einem Fahrzeug, dass ein Ultraschallsensor oder mehrere Ultraschallsensoren von außen nicht sichtbar sind. Vom Ultraschallsensorsystem emittierte Ultraschallsignale durchdringen das Wandmaterial, an dem der Sensor angeordnet ist. Dabei durchdringen Ultraschallsignale das Wandmaterial für eine Ultraschalldetektion zweimal, nämlich beim Senden und beim Empfangen des Ultraschallsignals durch das verdeckt verbaute Ultraschallsensorsystem. Dabei wird das Wandmaterial in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen schwingen derart lange nach, dass die Echo-Laufzeitmessungen gestört werden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, diese Schwingungen, auch Körperschall genannt, mit mechanischen Mitteln zu unterdrücken.
Um dennoch verdeckte Ultraschallwandler für die Umfelddetektion verwenden zu können, werden nach aktuellem Stand der Technik Materialien zur Dämpfung der Körperschallamplituden in der unmittelbar angrenzenden Umgebung dieser Ultraschallwandler angebracht. Es wird also gezielt diejenige Struktur im angrenzenden Bereich der jeweiligen Ultraschallwandler gedämpft, mit der die Ultraschallwandlermembranen zur Aussendung und zum Empfang von Luftultraschall mechanisch gekoppelt sind.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2017 127 587 A1 offenbart eine Dämpfungsmatte aus Butyl-Kautschuk, der mit Fasern gemischt wird, um die Dämpfungswirkung zu erhöhen und die Dämpfungswirkung über einen größeren Temperaturbereich zu erhalten.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 116 442 A1 ist eine Dämpfungseinrichtung bekannt, die zwei unterschiedliche Dämpfungselemente aufweist, die bei unterschiedlichen Temperaturen funktionieren.
Mit der Verwendung solcher Dämpfungsmittel gehen mehrere Probleme einher, nämlich stark temperaturabhängige Dämpfungseigenschaften, aufwendige Montageprozesse, wesentlich eingeschränkte Bereiche zur Platzierung der Wandler, zusätzliche Masse durch Dämpfungsmaterial, hoher Entwicklungssaufwand, da für jedes Fahrzeug eine individuelle Lösung erforderlich ist, und schließlich zusätzliche Kosten.
Eine weitere Möglichkeit, die unerwünschten Körperschallschwingungen zu reduzieren, besteht gemäß dem Stand der Technik in der Verwendung von Versteifungselementen in der unmittelbaren Umgebung der Ultraschwallwandler beziehungsweise des Ultraschallsensorsystems. Die Körperschallwellen werden dadurch in besonderem Maße in ihrer Ausbreitung behindert.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2012 106 700 A1 offenbart ein Versteifungselement, das die Schwingungen der Wand reduzieren soll.
Bei dieser Methode bestehen bisher ungelöste Probleme, nämlich optische Abzeichnungen, erhöhter Aufwand bei der Montage, eingeschränkter Bereich zur Platzierung der Ultraschallsensorsysteme, zusätzliche Masse durch das Versteifungsmaterial und zusätzliche Kosten.
Ein weiterer beforschter Weg besteht darin, sich an dem Wandmaterial ausbreitende Ultraschallsignale von Nachbarsensoren auszublenden. Dies erfolgt im Rahmen der Signalverarbeitung, beispielsweise durch Anpassung von Schwellwerten oder durch Ausblenden eines Zeitfensters, in dem diese Störsignale der Nachbarsensoren eintreffen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dies trotz eines hohen Aufwands zu ungenauen Ergebnissen führt, sodass Unfälle nicht auszuschließen sind.
Aus den vorgenannten Beispielen aus dem Stand der Technik ergibt sich, dass die Kompensation von Körperschall im Speziellen, und von Störschall im Allgemeinen, ein noch zu lösendes Problem darstellt.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein wahlweise verdeckt oder unverdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem, ein System zur rechnerischen Ultraschallkompensation, ein Fahrzeug, ein Computerprogramm, ein Datenträgersignal und ein computerlesbares Medium anzugeben, die die vorgenannten Nachteile bewältigen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein verbautes Ultraschallsensorsystem angegeben, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Wandmaterial, aufweisend folgende Schritte:

Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation, umfassend Störschallsignalinformation eines Wandmaterials und/oder Luftschallsignalinformation, mit einem Ultraschallsensor des Ultraschallsensorsystems;
Speichern der Referenz-Umgebungsinformation;
Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation, umfassend Störschallsignalinformation des Wandmaterials und/oder Luftschallsignalinformation, mit dem Ultraschallsensor; und
Bilden eines Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation, mit einer Recheneinheit.

Bevorzugt handelt es bei dem Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation um ein Verfahren zur rechnerischen Körperschallkompensation.
Vorzugsweise wird der letzte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fahrzeug durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein System zur rechnerischen Ultraschallkompensation mit Mitteln zur Durchführung der Schritte des Verfahrens angegeben. Das System zur rechnerischen Ultraschallkompensation kann Bestandteil eines Fahrunterstützungssystems sein, zum Unterstützen von autonomem oder halbautonomem Fahren entsprechender autonomer oder halbautonomer Fahrzeuge oder eines Fahrerassistenzsystems zum Unterstützen eines Fahrers des Fahrzeugs in verschiedenen Fahrsituationen.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit dem System zur rechnerischen Ultraschallkompensation angegeben. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Ego-Fahrzeug eines Fahrers.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Computerprogramm angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen. Ein Computerprogramm ist eine Sammlung von Anweisungen zum Ausführen einer bestimmten Aufgabe, die dafür konzipiert ist, eine bestimmte Klasse von Problemen zu lösen. Die Anweisungen eines Programms sind dafür konzipiert, durch einen Computer ausgeführt zu werden, wobei es erforderlich ist, dass ein Computer Programme ausführen kann, damit es funktioniert.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Datenträgersignal angegeben, das das Computerprogramm überträgt.
Weiter ist erfindungsgemäß ein computerlesbares Medium angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, statt beispielsweise einer mechanischen Dämpfung von Schwingungen beziehungsweise von Störschall, insbesondere Körperschall, eines Wandmaterials, die Schwingungen im Rahmen einer Signalverarbeitung zu berücksichtigen und herauszufiltern. Im Rahmen der rechnerischen Kompensation des Störschalls lassen sich auch temperaturabhängige Veränderungen desselben berücksichtigen. Dieses Verfahren ermöglicht somit eine zuverlässige Detektion durch das Ultraschallsensorsystem, wobei das Ultraschallsensorsystem, beispielsweise unter dem Wandmaterial verbaut, eine Vielzahl von Ultraschallsensoren aufweisen kann, die gleichzeitig und permanent detektieren können, um ein kontinuierlich präzises Detektionsergebnis zu erzielen. Das vorgestellte Verfahren gestattet eine signifikante Reduzierung des konstruktiven Aufwandes sowie des Materialaufwandes, sodass sich bei vergleichbarer oder sogar gesteigerter Leistungsfähigkeit des verdeckten Ultraschall-Detektionssystems eine deutliche Reduzierung der Kosten und des Gewichtes realisieren lässt. Auch lässt sich dieses Verfahren zur Kompensation des Körperschalls bei einem unverdeckt verbauten Ultraschall-Detektionssystem anwenden, wobei das jeweilige durch das Ausschwingen der Membran erzeugte und ebenfalls als Körperschall interpretierbare Signal bei jeder Messung herausgerechnet wird. Hierbei bildet die Membran beispielhaft das Wandmaterial. Bei einer unverdeckten Ausgestaltung der Ultraschallwandler erhöht sich die Qualität der Detektionsergebnisse aus Detektionen mit geringer Entfernung, beispielsweise näher 10 Zentimeter.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, vorgespeicherte Referenz-Umgebungsinformationen, insbesondere für Störschallsignalinformationen, zur Verfügung zu stellen. Diese Detektionen können beispielsweise unter Verwendung von Schallabsorbern erfolgen, beispielsweise in einem entsprechend konfigurierten Tonstudio.
Als Ultraschall gilt Schall mit Frequenzen oberhalb des Hörfrequenzbereichs des Menschen. Er umfasst vorzugsweise Frequenzen ab 16 kHz. Schall ab einer Frequenz von etwa 1 GHz wird auch als Hyperschall bezeichnet. Bei Frequenzen unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs spricht man dagegen von Infraschall.
In Gasen und Flüssigkeiten breitet sich Ultraschall als Longitudinalwelle aus. In Festkörpern kommt es wegen der auftretenden Schubspannungen zusätzlich auch zur Ausbreitung von Transversalwellen. Der Übergang von Luftschall in den Festkörper, oder umgekehrt, kann aus Effizienzgründen insbesondere mit einem Koppelmedium mit angepasster akustischer Impedanz sowie bestimmter Dicke erfolgen.
Ultraschall wird je nach Material eines Hindernisses an diesem reflektiert, in ihm absorbiert, gestreut oder tritt hindurch, sogenannte Transmission. Wie bei anderen Wellen treten auch Brechung, Beugung und Interferenz auf, sodass das Ultraschallsystem sehr sensibel ausgestaltet ist.
Luft weist eine stark mit der Frequenz steigende Dämpfung für Ultraschall auf. In Flüssigkeiten breitet sich Ultraschall dagegen dämpfungsarm aus. Allerdings kann die Dämpfung auch auf Temperaturschwankungen und/oder Feuchtigkeitsänderungen im Allgemeinen basieren.
Der erste Schritt des Verfahrens ist somit das Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation.
Im Sinne der Erfindung ist nicht zwischen Information im Singular oder Plural zu unterscheiden, da dies nicht zum Erfindungswesen beiträgt. Zudem kann die Referenz-Umgebungsinformation nur Störschallsignalinformation des Wandmaterials und/oder Luftschallsignalinformation aufweisen. Anders formuliert gilt das Wort ein als unbestimmter Artikel und nicht als Zahlwort.
Als Wandmaterial gilt eine Außenwand des Fahrzeugs, beispielsweise ein Karosseriebestandteil, aber auch in einem Schiebedach verwendetes Gorillaglas.
Eine Störschallsignalinformation ist eine Signalinformation, die zusätzlich zu einer gewollten Schalldetektion, gegebenenfalls störend, hinzukommt. Ebendiese Signalinformation gilt es zu kompensieren.
Als Luftschallsignalinformation gilt jener Ultraschall, der sich außerhalb des Wandmaterials befindet.
Anschließend erfolgt ein Speichern der Referenz-Umgebungsinformation. Dieser Schritt kann einmalig erfolgen oder abhängig von definierten Bedingungen wiederholt werden. Wesentlich ist, dass zum Durchführen des Verfahrens eine in einem vorhergehenden Schritt detektierte Referenz-Umgebungsinformation zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar ist.
Sofern eine Referenz-Umgebungsinformation abrufbar gespeichert ist, erfolgt das Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation, umfassend Störschallsignalinformation, insbesondere Körperschallsignalinformation, des Wandmaterials, und/oder Luftschallsignalinformation, mit dem Ultraschallsensor. Somit wird zusätzlich zur vorhandenen Referenzinformation eine weitere Echtzeitinformation detektiert. Sofern es eine Abstandsänderung eines detektierten Objekts zwischen den Zeitpunkten der unterschiedlichen Detektionen gegeben hat, ist diese mit detektiert.
Schließlich wird das Differenzsignal gebildet zwischen den Umgebungsinformationen aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation, mit einer Recheneinheit. Somit wird eine Referenzmessung im Zeitbereich von den späteren Echtzeit-Messungen abgezogen. Dabei kann entweder die Referenz-Umgebungsinformation von der Echtzeit-Umgebungsinformation subtrahiert werden oder die Echtzeit-Umgebungsinformation von der Referenz-Umgebungsinformation. Zu beachten gilt dabei, dass die Rechenalgorithmen einheitlich eingestellt sind.
Die anschließenden Schritte erfolgen nach dem Stand der Technik, also wie bei außen verbauten Ultraschallsensoren. So wird üblicherweise ein Signal verwendet, vorliegend das Differenzsignal, um beispielsweise Schwellwertüberschreitungen zu prüfen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wandmaterial des Fahrzeugs eine Materialstärke von mindestens 0,1 Millimeter aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wandmaterial des Fahrzeugs eine Materialstärke von höchstens einschließlich 3,0 Millimeter aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfindung gekennzeichnet durch ein Glätten und/oder Filtern des Differenzsignals. Für den anschließenden Rechenprozess vorbereitete Differenzsignale ermöglichen eine zuverlässigere beziehungsweise fehlerunanfälligere Detektion der Fahrzeugumgebung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ultraschallsensor eine Frequenz von einschließlich mindestens 40 kHz bis einschließlich 80 kHz aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass Störschall, insbesondere Körperschall, in diesem Frequenzbereich gut kompensiert werden kann, sodass eine zuverlässige beziehungsweise fehlerunanfällige Detektion der Fahrzeugumgebung ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bilden des Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen auf der Basis von Rohdaten, einer Hüllkurve, und/oder eines anders gefilterten Empfangssignals, beispielsweise einer Korrelation mit einem Sendesignal des Ultraschallsensors erfolgt. Rohdaten erfordern eine nur reduzierte Rechenleistung und beschleunigen damit die Datenverwertung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation in definierten Zeitabständen wiederholt wird. Grundsätzlich kann jede detektierte Referenz-Umgebungsinformation auch detektierte Objekte umfassen. Um eine möglichst zuverlässige und genaue Detektion zu ermöglichen ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Detektion der Referenz-Umgebungsinformation in regelmäßigen Zeitabständen erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die definierten Zeitabstände weniger als eine Minute betragen. Bevorzugte Zeitabstände, um eine möglichst zuverlässige und genaue Detektion zu ermöglichen, können sein insbesondere mindestens 10 Millisekunden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation ereignisbasiert wiederholt wird. Dies bedeutet, dass ein externer Faktor als Ereignis eine Detektion der Referenz-Umgebungsinformation initiiert. Dies reduziert die Anzahl der Rechenvorgänge.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation derart ereignisbasiert wiederholt wird, dass eine Temperaturänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung ein wiederholtes Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation auslöst beziehungsweise auslösen. Es hat sich herausgestellt, dass diese Einflüsse als Ereignisse geeignet sind, um beim Überschreiten eines definierten Änderungsbetrages der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit, eine Neudetektion derart wiederholend vorzunehmen, dass eine zuverlässige Detektion ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein Signalanteil mindestens eines mittels Luftschallsignalinformation detektierten Objekts in der Referenz-Umgebungsinformation ein Negativsignal im Differenzsignal ergibt, sofern das Objekt seine Position relativ zum Fahrzeug bzw. zum jeweiligen Ultraschallwandler verändert hat. Diese Konfiguration stellt weitere Daten zur Verfügung, die verwendet werden können, um die Präzision und Zuverlässigkeit des Detektionsergebnisses zu erhöhen. Das Negativsignal beziehungsweise das Objekt können insbesondere anhand der Amplitudenveränderung und/oder der Phasenveränderung erfasst werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
das Negativsignal in seiner Umkehrung als Positivsignal in der Echtzeit-Umgebungsinformation zur Objektverfolgung verwendet wird. Dieses Negativsignal kann verwendet werden, um das Objekt anhand der Kenndaten des Negativsignals als Positivsignal gegenüber dem vorbekannten Referenzsignal zu verfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Recheneinheit eine im Ultraschallsensorsystem anwendungsspezifische integrierte Schaltung ist. Dies ermöglicht eine zuverlässige Datenverarbeitung bei kostengünstigen Baueinheiten. Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, in Englisch application-specific integrated circuit, ASIC, ist eine elektronische Schaltung, die als integrierter Schaltkreis realisiert ist. Die Funktion eines ASICs ist damit nicht mehr veränderbar, die Herstellungskosten sind dafür geringer bei hohen Einmalkosten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das vorgestellte Verfahren zur rechnerischen Schallkompensation auch im Zusammenhang mit unverdeckten Ultraschallwandlern Anwendung findet, um eine verbesserte Objektdetektion im Nahbereich eines Ultraschallwandlers zu ermöglichen, indem das durch das Ausschwingen des als Membran ausgebildeten Wandmaterials erzeugte und ebenfalls als Körperschall interpretierbare Signal bei jeder Messung herausgerechnet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Verfahren ein Verfahren zur rechnerischen Körperschallkompensation ist und dass die Störschallsignalinformation eine Körperschallsignalinformation ist. Eine Körperschallsignalinformation ist eine Form von Störschallsignalinformation, wobei als Körperschallsignalinformation Körperschall gilt, der von dem Ultraschallsensor detektiert wird, wobei dies Schwingungen des Wandmaterials entspricht. Eine solche Anwendung eignet sich insbesondere für verdeckt verbaute Ultraschallwandler, beispielsweise an Fahrzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das vorgestellte Verfahren zur rechnerischen Schallkompensation im Zusammenhang mit verdeckten und/oder unverdeckten Ultraschallwandlern Anwendung findet, um gezielt einzelne oder mehrere unerwünschte Luftschallsignale der Umgebung auszublenden, zum Beispiel ausgehend von einer Anhängerkupplung oder einem Fahrradträger, auch sehr geringe Veränderungen einer unter Umständen komplexen Echolandschaft der Umgebung zu detektieren, zum Beispiel zur Detektion von Objekten unterhalb des Fahrzeugs mittels im Bereich des Fahrzeugunterbodens befindlicher Ultraschallwandler, und/oder um gegebenenfalls Veränderungen im Körperschallmuster zu detektieren, zum Beispiel durch Temperaturänderung, Verschmutzung, Verformung und/oder Beschädigung. Eine Beschädigung kann beispielsweise eine Glasscheibenbeschädigung sein. Dabei kann mindestens ein Ultraschallwandler an die Glasscheibe befestigt werden und deren Körperschall messen. Wenn die Glasscheibe bricht, ändert sich das detektierte Körperschallsignal, sodass auf eine Glasbeschädigung geschlossen werden kann. Somit gilt ein gegenüber dem initialen Störschallsignal gleichbleibendes Störschallsignal als Signal für eine nicht gebrochene Glasscheibe.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
Es zeigt

1 eine schematische Ansicht eines Ultraschallsensorsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur rechnerischen Störschallkompensation für ein verdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem, und
3 beispielhafte Zeitbereichssignale des Verfahrens zur rechnerischen Störschallkompensation für verbaute Ultraschallsensorsysteme.

Die 1 zeigt ein verdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem 1 mit einem Ultraschallsensor 5, der an einem Wandmaterial 2 eines Fahrzeugs angeordnet ist, um Störschallsignalinformation 3, insbesondere Körperschallsignalinformation, und Luftschallsignalinformation 4 zu detektieren. Im Folgenden wird bei der Störschallsignalinformation 3 im Rahmen konkreter, bevorzugter Ausführungsbeispiele von Körperschallsignalinformation ausgegangen. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf verdeckt verbaute Ultraschallsensoren 5, obgleich diese zur Lösung einer konkreten Problemstellung exemplarisch in den Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Verdeckt verbaut bedeutet, dass das Ultraschallsensorsystem 1 den Sender beziehungsweise Empfänger innerhalb des Fahrzeugs und optisch von außen nicht sichtbar angeordnet aufweist.
Die Verarbeitung der Körperschallsignalinformation und der Luftschallsignalinformation 4 erfolgt in einer Recheneinheit 6.
In 1 ist kein Objekt vorhanden, das detektiert werden könnte. Ein solches Objekt liegt jedoch im Fall der Ultraschallbilder nach den 3a, 3c beziehungsweise 3d vor.
2 zeigt schematisiert in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur rechnerischen Stör- beziehungsweise Körperschallkompensation für das verdeckt verbaute Ultraschallsensorsystem 1, insbesondere für ein Fahrzeug mit dem Wandmaterial 2. Das Verfahren weist zumindest folgende Schritte auf:

Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation 100, umfassend Störbeziehungsweise Körperschallsignalinformation 3 eines Wandmaterials 2 und/oder Luftschallsignalinformation 4, mit einem Ultraschallsensor 5 des Ultraschallsensorsystems 1;
Speichern der Referenz-Umgebungsinformation 200;
Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation 300, umfassend Störbeziehungsweise Körperschallsignalinformation 3 des Wandmaterials 2 und/oder Luftschallsignalinformation 4, mit dem Ultraschallsensor 5; und
Bilden eines Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen 400 aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation, mit einer Recheneinheit 6.

Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform nach 1 ist vorgesehen, dass die Recheneinheit 6 eine im Ultraschallsensorsystem 1 anwendungsspezifische integrierte Schaltung ist.
3a zeigt ein Sende- und Empfangssignal bei einem unverdeckten Ultraschallsensorsystem 1 beziehungsweise einem unverdeckten Ultraschallsensor 5 wie es nach Stand der Technik bekannt ist. Dabei ist ein Objekt im Detektionsbereich angeordnet, aus dem eine dargestellte Luftschallsignalinformation 4 hervorgeht. Da der Ultraschallsensor 5 unverdeckt ist, detektiert er keine Stör- beziehungsweise Körperschallsignalinformation 3.
3b zeigt ein Sende- und Empfangssignal bei einem verdeckten Ultraschallsensorsystem 1 beziehungsweise einem verdeckten Ultraschallsensor 5 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist kein Objekt im Detektionsbereich angeordnet, sodass die Luftschallsignalinformation 4 keinen Signalausschlag erzeugt. Da der Ultraschallsensor 5 verdeckt ist, detektiert er eine Störbeziehungsweise Körperschallsignalinformation 3. Mithin erfolgt ein Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation 100 ohne Objekt.
3c zeigt ein Sende- und Empfangssignal bei einem verdeckten Ultraschallsensorsystem 1 beziehungsweise einem verdeckten Ultraschallsensor 5 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist, anders als in 3b, ein Objekt im Detektionsbereich angeordnet, sodass die Luftschallsignalinformation 4 einen Signalausschlag erzeugt. Da der Ultraschallsensor 5 verdeckt ist, detektiert er zudem eine Stör- beziehungsweise Körperschallsignalinformation 3. Diese überlagern sich jedoch, sodass das Objekt alleine aus dieser Detektion eher nicht identifiziert werden kann. Anders formuliert ist das Signal des Objekts durch das Signal des Körperschalls beziehungsweise des Wandmaterials überdeckt.
3d zeigt schematisch vereinfacht das Differenzsignal zwischen den Umgebungsinformationen 400 aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation.
Wurde die Referenzmessung durchgeführt, während sich ein Objekt im Detektionsbereich befand, so wird dieses im Differenzsignal sichtbar, sobald es seine Position relativ zum Ultraschallwandler verändert. Hierbei kann es ausreichen, wenn das Objekt seine Position relativ zum Ultraschallwandler auch nur im Submillimeterbereich verändert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Wandmaterial 2 des Fahrzeugs eine Materialstärke von mindestens 0,1 Millimeter aufweist. Auch bevorzugt ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Wandmaterial 2 des Fahrzeugs eine Materialstärke von höchstens einschließlich 3,0 Millimeter aufweist. Der für ein in diesem Bereich liegende Körperschall ist beispielhaft in 3b dargestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein Glätten und/oder Filtern des Differenzsignals erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
der Ultraschallsensor 5 eine Frequenz von einschließlich mindestens 40 kHz bis einschließlich 80 kHz aufweist. Mit einer solchen Frequenz erfolgende Ultraschalldetektionen ergeben Schallsignale wie sie beispielhaft in den 3a bis 3d dargestellt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Bilden des Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen 400 auf Basis von Rohdaten, einer Hüllkurve, und/oder eines anders gefilterten Empfangssignals, beispielsweise einer Korrelation mit einem Sendesignal des Ultraschallsensors 5 erfolgt. In 3 ist exemplarisch eine Hüllkurve symbolisiert dargestellt. Dies bedeutet, dass das Ultraschallsignal durch die Hüllkurve dargestellt und verarbeitet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation 100 in definierten Zeitabständen wiederholt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die definierten Zeitabstände weniger als eine Minute betragen, und insbesondere mindestens 10 Millisekunden betragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation 100 ereignisbasiert wiederholt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation 100 derart ereignisbasiert wiederholt wird, dass eine Temperaturänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung ein wiederholtes Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation 100 auslöst beziehungsweise auslösen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein Signalanteil mindestens eines mittels Luftschallsignalinformation 4 detektierten Objekts in der Referenz-Umgebungsinformation ein Negativsignal im Differenzsignal ergibt, sofern das Objekt relativ zum Fahrzeug bzw. zum jeweiligen Ultraschallwandler seine Position verändert hat.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Negativsignal in seiner Umkehrung als Positivsignal in der Echtzeit-Umgebungsinformation zur Objektverfolgung verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Ultraschallsensorsystem
2: Wandmaterial eines Fahrzeugs
3: Störschallsignalinformation
4: Luftschallsignalinformation
5: Ultraschallsensor
6: Recheneinheit
100: Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation
200: Speichern der Referenz-Umgebungsinformation
300: Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation
400: Bilden eines Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017127587 A1 [0012]
DE 102015116442 A1 [0013]
DE 102012106700 A1 [0016]

Claims

Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein verdeckt oder unverdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem (1), insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Wandmaterial (2), aufweisend folgende Schritte: - Detektieren von Referenz-Umgebungsinformation (100), umfassend Störschallsignalinformation (3) eines Wandmaterials (2) und/oder Luftschallsignalinformation (4), mit einem Ultraschallsensor (5) des Ultraschallsensorsystems (1); - Speichern der Referenz-Umgebungsinformation (200); - Detektieren von Echtzeit-Umgebungsinformation (300), umfassend Störschallsignalinformation (3) des Wandmaterials (2) und/oder Luftschallsignalinformation (4), mit dem Ultraschallsensor (5); und - Bilden eines Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen (400) aus Referenz-Umgebungsinformation und Echtzeit-Umgebungsinformation, mit einer Recheneinheit (6).
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandmaterial (2) des Fahrzeugs eine Materialstärke von mindestens 0,1 Millimeter aufweist.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandmaterial (2) des Fahrzeugs eine Materialstärke von höchstens einschließlich 3,0 Millimeter aufweist.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Glätten und/oder Filtern des Differenzsignals.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (5) eine Frequenz von einschließlich mindestens 40 kHz bis einschließlich 80 kHz aufweist.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Differenzsignals zwischen den Umgebungsinformationen (400) erfolgt auf Basis von Rohdaten, einer Hüllkurve, und/oder eines anders gefilterten Empfangssignals, beispielsweise einer Korrelation mit einem Sendesignal des Ultraschallsensors (5).
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation (100) in definierten Zeitabständen wiederholt wird.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Zeitabstände weniger als eine Minute betragen, und insbesondere mindestens 10 Millisekunden betragen.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation (100) ereignisbasiert wiederholt wird.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation (100) derart ereignisbasiert wiederholt wird, dass eine Temperaturänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung ein wiederholtes Detektieren der Referenz-Umgebungsinformation (100) auslöst beziehungsweise auslösen.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalanteil mindestens eines in der Referenz-Umgebungsinformation mittels Luftschallsignalinformation (4) detektierten Objekts in der Referenz-Umgebungsinformation ein Negativsignal ergibt, sofern das Objekt gemäß des Differenzsignals seine Position verändert hat.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Negativsignal in seiner Umkehrung als Positivsignal in der Echtzeit-Umgebungsinformation zur Objektverfolgung verwendet wird.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (6) eine im Ultraschallsensorsystem (1) anwendungsspezifische integrierte Schaltung ist.
Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Verfahren zur rechnerischen Körperschallkompensation ist und dass die Störschallsignalinformation (3) eine Körperschallsignalinformation ist.
System zur rechnerischen Ultraschallkompensation mit Mitteln zur rechnerischen Störschallkompensation für ein verdeckt verbautes Ultraschallsensorsystem, zur Durchführung von Schritten eines Verfahrens nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche.
Fahrzeug mit einem System zur rechnerischen Ultraschallkompensation nach dem vorgenannten Anspruch.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.
Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach dem vorgenannten Anspruch überträgt.
Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.