DE102021132556A1

DE102021132556A1 - Akustische hindernisdetektion mit erhöhter resistenz gegen systematische interferenz

Info

Publication number: DE102021132556A1
Application number: DE102021132556.0A
Authority: DE
Inventors: Marek Hustava; Pavel KOSTELNIK
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20240094385A1; CN114624716A; US20220187451A1

Abstract

Eine veranschaulichende Steuerung schließt Folgendes ein: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise abzuleiten, indem eine Differenz zwischen einer der Antworten und mindestens einem Abschnitt einer anderen der Antworten bestimmt wird. Eine weitere veranschaulichende Steuerung schließt ein: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts mit einer Signatursequenz von Frequenzverschiebungen zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise dadurch abzuleiten, dass Peaks unterdrückt werden, die nicht der Signatursequenz entsprechen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung 63/124.266 mit dem Titel „Ultrasonic Sensor System“ (Ultraschall-Sensorsystem), eingereicht am 11.12.2020, wobei als Erfinder Marek Hustava und Pavel Kostelnik genannt sind. Die vorherige Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
HINTERGRUND
Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einer beeindruckenden Anzahl und Vielfalt von Sensoren ausgestattet. Zum Beispiel sind Autos jetzt routinemäßig mit Ultraschallsensoranordnungen versehen, um Abstände zwischen dem Auto und in der Nähe befindlichen Personen, Tieren, Fahrzeugen oder Hindernissen zu überwachen. Aufgrund von Umgebungslärm und Sicherheitsaspekten kann von jedem der Sensoren angefordert werden, Dutzende von Messungen pro Sekunde bereitzustellen, während das Auto in Bewegung ist. Für solche Sensorarrays ist es wichtig, auch in Umgebungen, die sich auf komplexe Weise verändern, zuverlässig zu funktionieren. Scheinbar kleine Unterschiede, wie das Vorhandensein oder das Fehlen eines Bordsteins oder sogar der Unterschied zwischen befestigten und Kies-Oberflächen, können die charakteristische Reflexion eines Pfostens, Pollers oder eines anderen schmalen Hindernisses signifikant verändern.
Wenn das Rauschen, das bei derartigen Sensoren auftritt, die Form einer systematischen Interferenz annimmt, d. h. Rauschen, das eine sich wiederholende Komponente aufweist, die in jedem Messzyklus erneut auftreten kann, kann es zu falschen Hindernisdetektionen oder zu einer Verdeckung von tatsächlichen Hindernissen kommen. Beispiele schließen pneumatische Geräusche wie Vibrationen ein, die von anderen Autos (wie Lastkraftwagen) in der Umgebung stammen; Ultraschallimpulse, die von anderen Ultraschallsensoren, wie Parkassistenzsensoren anderer Autos, Parkplatzbelegungsdetektoren und Ampelsteuerungssystemen stammen; und Übersprechen von anderen Sensoren oder Messkanälen. Vorhandene Sensoren scheinen keine ausreichende Immunität gegen derartige systematische Interferenz bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Dementsprechend werden hierin veranschaulichende Sensorsteuerungen, Sensoren, Erfassungssysteme und Erfassungsverfahren offenbart, die die vorstehend identifizierten Probleme zumindest teilweise angehen. Als ein Beispiel schließt eine veranschaulichende Steuerung ein: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise abzuleiten, indem eine Differenz zwischen einer der Antworten und mindestens einem Abschnitt einer anderen der Antworten bestimmt wird.
Als weiteres Beispiel schließt ein veranschaulichendes Hindernisdetektionsverfahren ein: Erfassen einer Antwort eines akustischen Wandlers an jeden akustischen Burst in einer Serie von akustischen Bursts; Bestimmen einer Differenz zwischen einer der Antworten und mindestens einem Abschnitt einer anderen der Antworten; und Erkennen von Peaks in der Differenz bei Verzögerungen, die Abständen von Hindernissen entsprechen, die die akustischen Bursts widerspiegeln.
Als noch ein weiteres Beispiel schließt eine veranschaulichende Steuerung ein: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts mit einer Signatursequenz von Frequenzverschiebungen zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise dadurch abzuleiten, dass Peaks unterdrückt werden, die nicht der Signatursequenz entsprechen.
Als noch ein weiteres Beispiel schließt ein veranschaulichendes Hindernisdetektionsverfahren ein: Erfassen einer Antwort eines akustischen Wandlers an jeden akustischen Burst in einer Serie akustischer Bursts mit einer Signatursequenz von Frequenzverschiebungen; Kombinieren der Antworten, um eine kombinierte Antwort zu bekommen, die alle Peaks verbessert, die der Signatursequenz entsprechen; und Erkennen von Peaks in der kombinierten Antwort bei Verzögerungen, die Abständen von Hindernissen entsprechen, die die akustischen Bursts widerspiegeln.
Jedes der vorgenannten Beispiele kann einzeln oder in Verbindung verwendet werden und kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale in jeder geeigneten Kombination aufweisen: 1. Die eine der Antworten und die andere der Antworten sind Antworten auf benachbarte akustische Bursts der Serie. 2. Die eine der Antworten und die andere der Antworten sind Antworten auf akustische Bursts der Serie, die durch eine vorgegebene Anzahl von dazwischenliegenden akustischen Bursts getrennt sind. 3. Die andere der Antworten ist eine intermittierend bestimmte Basislinienantwort. 4. Der mindestens eine Abschnitt schließt eine Region mit strukturellem Rauschen ein. 5. Die Ausgangsdaten enthalten erkannte Peaks in einer Differenzregion einer kombinierten Antwort und beliebige erkannte Peaks in einer nachfolgenden Korrelationsregion der kombinierten Antwort. 6. Die Serie akustischer Bursts weist eine Signatursequenz von Frequenzverschiebungen auf. 7. Die Verarbeitungsschaltung ist dazu konfiguriert, jegliche Peaks in der Differenzantwort zu unterdrücken, die nicht der Signatursequenz entsprechen. 8. Die akustischen Bursts der Serie umfassen Chirps. 9. Die Frequenzverschiebungen bewirken entsprechende Zeitversetzungen von Peaks in den Antworten. 10. Die Verarbeitungsschaltung ist dazu konfiguriert, ein kombiniertes Signal durch Zeitversetzung von Antworten abzuleiten, um Zeitversetzungen zu kompensieren, die der Signatursequenz entsprechen. 11. Die Ausgangsdaten werden durch Durchführen einer Peak-Detektionsverarbeitung auf dem kombinierten Signal abgeleitet. 12. Subtrahieren von strukturellem Rauschen von den Antworten vor dem Kombinieren.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines veranschaulichenden Fahrzeugs, das mit Ultraschallsensoren ausgestattet ist.
2 ist ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Parkassistenzsystems.
3 ist ein Schaltschema eines veranschaulichenden Hindernissensors.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine potenzielle Quelle von systematischer Interferenz veranschaulicht.
5 ist ein Graph, in dem die Signalstärke eines empfangenen und digitalisierten Signals in Abhängigkeit von der Empfangszeit gezeigt wird, wobei der Graph das Vorhandensein von strukturellem Rauschen angibt.
6 ist ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden Sensorsteuerung.
7 ist ein Graph, der veranschaulichende Messzyklen mit drei unterschiedlichen Frequenzverschiebungen vergleicht.
8 ist ein Flussdiagramm eines ersten veranschaulichenden Erfassungsverfahrens, das die Resistenz gegen systematische Interferenz mit Ableitungsverarbeitung verbessert.
9 ist ein Flussdiagramm eines zweiten veranschaulichenden Erfassungsverfahrens, das die Resistenz unter Verwendung einer Signatursequenz von Frequenzverschiebungen verbessert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es sollte verstanden werden, dass die Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung die Offenbarung nicht einschränken, sondern dass sie im Gegenteil die Basis für ein Verstehen aller Modifikationen, Äquivalente und Alternativen seitens eines Durchschnittsfachmanns bereitstellen, die in den Umfang des Wortlauts der Ansprüche fallen.
Als Kontext für ein Verwendungsbeispiel zeigt 1 ein Fahrzeug 102, das mit einem Satz Ultraschallparkassistenzsensoren 104 ausgerüstet ist. Die Anzahl und Konfiguration von Sensoren in der Sensoranordnung ist variabel und es wäre nicht ungewöhnlich, an jedem Stoßfänger sechs Sensoren und zwei zusätzliche Sensoren auf jeder Seite für Totwinkeldetektoren zu haben. Das Fahrzeug kann die Sensoranordnung zum Erkennen und Messen von Abständen zu Objekten in den verschiedenen Erkennungszonen einsetzen, wobei es die Sensoren potenziell für Einzelmessungen und zusammenwirkende (z. B. Triangulations-, Mehrempfänger-) Messungen verwendet.
Die Ultraschallsensoren sind Sendeempfänger, was bedeutet, dass jeder Sensor Ultraschall-Entladungen senden und empfangen kann. Emittierte Bursts breiten sich vom Fahrzeug nach außen aus, bis sie auf ein Objekt oder eine andere Form von akustischer Impedanzfehlanpassung treffen und diese reflektieren. Die reflektierten Bursts kehren als „Echos“ der emittierten Bursts zum Fahrzeug zurück. Die Zeiten zwischen den emittierten Bursts und empfangenen Echos geben die Abstände zu den Reflexionspunkten an. In vielen Systemen sendet immer nur jeweils ein Sensor, obwohl alle Sensoren dazu ausgelegt sein können, die resultierenden Echos zu messen. Jedoch können mehrere gleichzeitige Übertragungen durch die Verwendung orthogonaler Wellenformen, Übertragungen an nicht überlappende Detektionszonen oder Übertragungen mit Signaturen unterstützt werden, die das Screening beliebiger Echos von verschiedenen Sendern ermöglichen.
In verschiedenen Implementierungen werden chirp-modulierte Signale verwendet, zum Beispiel ein linearer frequenzmodulierter (Linear Frequency Modulated, „LFM“) Chirp. Ein Chirp ist ein Impuls, der die Frequenz während der Übertragung verändert. Ein Aufwärts-Chirp ist ein Signalimpuls, dessen Frequenz während der Übertragung zunimmt, und ein Abwärts-Chirp ist ein Signalimpuls, dessen Frequenz während der Übertragung abnimmt. Der Klarheit halber werden die hierin verwendeten Beispiele eine lineare Zunahme oder Abnahme berücksichtigen, jedoch ist in verschiedenen Implementierungen die Zunahme oder Abnahme nicht linear. Das Echo eines Chirps kann in einem Korrelator komprimiert werden, ohne viel oder überhaupt Korrelationsrauschen einzuführen. Somit wird die Peak-Detektion des Echos erleichtert, ohne die Zeitauflösung zu verringern. Darüber hinaus halten LFM-Chirps der Doppler-Frequenzversetzung ohne oder mit einer minimalen Zunahme an Korrelationsrauschen stand. LFM-Chirps können als Sendeimpulse zum Messen einer Entfernung zu einem Hindernis oder einem Objekt verwendet werden, das sich im Erfassungsbereich eines Sensorsystems befindet.
Aus Gründen der Klarheit bezieht sich der Begriff „Burst“, wie er hierin verwendet wird, auf einen einzelnen trägermodulierten (mit fester Frequenz) oder chirp-modulierten (mit Frequenzsprung) Impuls, der einer von einer Serie von Bursts sein kann, die durch Ansteuern eines Ultraschallsensors oder eines anderen akustischen Wandlers erstellt werden. Chirp-modulierte Impulse können eine längere Dauer aufweisen als ein typischer trägermodulierter Impuls, zum Beispiel mehr als 1 Millisekunde, wie beispielsweise im Bereich von 2-3 Millisekunden. Obwohl es als besonders nützlich betrachtet wird, die Startfrequenz (oder entsprechend die Mitten- oder Endfrequenz) der chirp-modulierten Impulse in einer Serie systematisch zu variieren, kann diese Frequenzvariation auch auf die trägermodulierten Impulse in einer Serie angewendet werden. Die Frequenzvariation kann für jeden Impuls als Frequenzverschiebung von einer nominalen Startfrequenz oder von einer nominalen Trägerfrequenz ausgedrückt werden.
2 zeigt eine elektronische Steuereinheit (ECU) 202, die mit den verschiedenen Ultraschallsensoren 204 als Zentrum einer Sterntopologie gekoppelt ist. Selbstverständlich sind andere Topologien, einschließlich serieller, paralleler und hierarchischer (Baum-)Topologien, ebenfalls geeignet und werden zur Verwendung gemäß den hierin offenbarten Prinzipien in Betracht gezogen. Um eine automatisierte Parkassistenz bereitzustellen, kann die ECU 202 ferner mit einer Gruppe von Aktoren verbunden sein, wie mit einem Fahrtrichtungsanzeigeaktor 206, einem Lenkungsaktor 208, einem Bremsaktor 210 und einem Gaspedalaktor 212. Die ECU 202 kann ferner mit einer interaktiven Benutzerschnittstelle 214 gekoppelt sein, um Benutzereingaben anzunehmen und eine Anzeige der verschiedenen Messungen und des Systemstatus bereitzustellen. Unter Verwendung der Schnittstelle, der Sensoren und Aktoren kann die ECU 202 automatisiertes Einparken, assistiertes Einparken, Spurwechselassistenz, Hindernis- und Totwinkelerfassung und andere wünschenswerte Merkmale bereitstellen.
Eine potenzielle Sensorkonfiguration wird nun unter Bezug auf 3 beschrieben. Die veranschaulichte Sensorkonfiguration verwendet den DSI3-Kommunikations- und Stromversorgungsstandard, aber andere Techniken, wie die in den LIN-, CAN- und SENT-Standards bereitgestellten, wären ebenfalls geeignet und werden zur Verwendung gemäß den hierin offenbarten Prinzipien in Betracht gezogen. Neben den zwei Leistungsanschlüssen (Vbat und GND), die in der Implementierung von 3 gezeigt sind, ist jeder der veranschaulichenden Ultraschallsensoren mit der ECU 202 nur durch eine einzelne Ein-/Ausgabeleitung („E/A“ oder „EA“) verbunden. Die E/A-Leitung kann durch einen Pull-up-Widerstand mit Versorgungsspannung als Vorspannung beaufschlagt sein („nicht gesetzter“ bzw. „nicht aktivierter“ Status), wenn sie nicht aktiv durch die ECU 202 oder durch die Sensor-Steuerung 302 „low“ angesteuert wird („gesetzter“ Status). Das Kommunikationsprotokoll ist so konzipiert, dass nur eine der beiden Steuerungen (ECU 202 oder Sensor-Steuerung 302) zu einem gegebenen Zeitpunkt die I/O-Leitung beaufschlagt.
Die Sensor-Steuerung 302 schließt eine I/O-Schnittstelle 303 ein, die bei Platzierung in einem rezessiven Modus die I/O-Leitung zum Setzen bzw. Aktivieren durch die ECU 202 überwacht und die bei Platzierung in einem dominanten Modus den Status der I/O-Leitung steuert. Die ECU kommuniziert einen Befehl zum Sensor über das Setzen der I/O-Leitung, wobei die unterschiedlichen Befehle durch Setzoperationen in unterschiedlichen Längen wiedergegeben werden. Die Befehle können einen „Senden und Empfangen“-Befehl, einen „Nur Empfangen“-Befehl und einen „Datenmodus“-Befehl einschließen.
Die Sensor-Steuerung 302 schließt eine Core-Logik 304 ein, die entsprechend in nichtflüchtigem Speicher 305 gespeicherter Firmware und Parametern arbeitet, um nach Befehlen von der ECU zu suchen und die entsprechenden Operationen auszuführen, einschließlich der Übertragung und des Empfangs von Ultraschall-Bursts. Um einen Ultraschall-Burst zu übertragen, ist die Core-Logik 304 mit einem Sender 306 gekoppelt, der mit einem geeignet modulierten lokalen Oszillatorsignal von einem spannungsgesteuerten Oszillator 307 einen Satz von Sendeanschlüssen auf der Sensorsteuerung 302 ansteuert. Die Sendeanschlüsse sind über einen Transformator M1 an ein piezoelektrisches Element PZ gekoppelt. Der Transformator M1 transformiert die Spannung von der Sensorsteuerung (z. B. 12 Volt) auf einen geeigneten Pegel zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements (z. B. dutzende Volt) hoch. Das piezoelektrische Element PZ hat eine Resonanzfrequenz, die mit einem parallelen Kondensator C3 auf einen wünschenswerten Wert (z. B. 48 kHz) abgestimmt ist, und hat einen Resonanzqualitätsfaktor (Q), der mit einem parallelen Widerstand R1 abgestimmt ist. Ein veranschaulichender Zweck des Abstimmkondensators und Abstimmwiderstands besteht darin, die parallele Resonanzfrequenz auf einen Wert nahe der Serienresonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements abzustimmen.
Wie der Begriff „piezoelektrischer Wandler“ in diesem Dokument verwendet ist, schließt er nicht nur das piezoelektrische Element, sondern auch die unterstützenden Schaltungselemente zum Abstimmen, Ansteuern und Erfassen des piezoelektrischen Elements ein. In der veranschaulichenden Implementierung sind diese unterstützenden Elemente der Transformator M1, der Abstimmwiderstand und der Abstimmkondensator und die DC-Trennkondensatoren. Optional können auch die Ausgangs- und Eingangskapazität des Senders 306 bzw. Verstärkers 308 als parasitäre Eigenschaften der unterstützenden Schaltungselemente, die als Teil des Wandlers betrachtet werden, eingeschlossen werden. Jedoch erfordert die Verwendung des Begriffs „piezoelektrischer Wandler“ nicht notwendigerweise das Vorhandensein von unterstützenden Schaltungselementen, weil ein piezoelektrisches Element allein, ohne solche unterstützenden Elemente, eingesetzt werden kann. In der veranschaulichten Implementierung koppelt ein Paar von DC-Trennkondensatoren C1, C2 das piezoelektrische Element an das Paar von Empfangsanschlüssen der Sensorsteuerung, um vor hohen Spannungen zu schützen. Weiterer Schutz wird mit internen Spannungsklemmen an den Empfangsanschlüssen bereitgestellt. Dieser Schutz kann für die Intervalle gewünscht sein, wenn das piezoelektrische Element sendet.
Über die E/A-Leitung empfangene Befehle veranlassen die Core-Logik 304, den Sender und Empfänger zu betreiben und die Messergebnisse über die E/A-Leitung, hierin auch als Kommunikationsbus bezeichnet, der ECU 202 bereitzustellen. Die Messergebnisse werden hierin auch als Ausgangsdaten bezeichnet. Die Core-Logik 304 kann andere Sensorfehlerzustände überwachen, wie eine „Unterspannung“ oder „Überspannung“ der Versorgungsspannung beim Senden eines Ultraschall-Bursts, eine thermische Abschaltung des Senders, einen Gerätefehler, eine unvollständige Einschaltrücksetzung oder dergleichen. Die Core-Logik 304 kann mehrere dieser Wandlerfehlerzustände und Fehlerzustände erkennen und klassifizieren, wobei sie die geeigneten Fehlercodes in internen Registern oder dem nichtflüchtigen Speicher 305 speichert.
Da die empfangenen Echosignale typischerweise im Millivolt- oder Mikrovoltbereich liegen, verstärkt ein rauscharmer Verstärker 308 (hierin auch aus „Frontend-Verstärker“ bezeichnet) das Signal von den Empfangsanschlüssen. Anschließend werden die empfangenen Echosignale durch einen Analog-Digital-Umwandler (Analog-to-Digital Converter, ADC) verarbeitet und durch einen Digitalmischer 309 herunterkonvertiert. Der Mischer 309 multipliziert das verstärkte und digitalisierte Empfangssignal mit dem lokalen Oszillatorsignal, um das modulierte Signal in das Basisband zum weiteren Filtern und Verarbeiten durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) 310 herunterzukonvertieren. Der Mischer 309 ist in einer Implementierung ein digitaler Inphasen-/Quadratur-(I/Q)-Mischer 303, der als seinen Ausgang Null-Zwischenfrequenz-(ZIF)-1Q-Daten liefert. (Obwohl der Begriff „ZIF“ hierin verwendet wird, kann das herunterkonvertierte Signal in der Praxis ein niedriges Zwischenfrequenz- oder „basisbandnahes“ Signal sein.)
DSP 310 wendet programmierbare Verfahren an, um den piezoelektrischen Wandler während der Übertragung eines Bursts zu überwachen und beliebige Echos zu erkennen und deren Parameter wie Flugzeit (ToF), Dauer und Peak-Amplitude zu messen. Derartige Verfahren können Schwellenwertvergleiche verwenden, wie auch Minimalintervalle, Peak-Detektion, Nulldurchgang-Detektion und -Zählung, Geräuschpegelbestimmungen und andere individuell einrichtbare Verfahren, die auf die Verbesserung von Zuverlässigkeit und Genauigkeit abzielen. Insbesondere weist der Peak-Detektionsprozess selbst Variationen auf, wobei einige Variationen eine Detektion steigender Flanken, eine Detektion fallender Flanken oder eine Detektion des Peak-Maximums durchführen. Der DSP 310 kann das verstärkte Empfangssignal weiterverarbeiten, um Eigenschaften des Wandlers, wie Resonanzfrequenz und Qualitätsfaktor, zu analysieren, und kann ferner Wandlerfehlerzustände erkennen.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Mischer 309 in einer Implementierung ein Quadraturmischer. Dieser I/Q-Digitalmischer 309 weist einen Eingang auf, der mit dem Ausgang des Analog-Digital-Umwandlers (nicht gezeigt) verbunden ist, einen Eingang zum Empfangen eines Mischsignals F_TX, einen ersten und zweiten Ausgang zum Bereitstellen eines gleichphasigen Signals bzw. eines Quadratur-Signals, das einer Amplitude und einer Phase des von dem akustischen Wandler in der komplexen Ebene eingegebenen Signals entspricht. Der DSP kann einen oder mehrere digitale Filter einschließen, die dazu konfiguriert sind, Filterkoeffizienten abzurufen und zu verwenden, die im Speicher gespeichert sind, um auf dem ZIF-IQ-Signal zu arbeiten. Insbesondere können die digitalen Filter Tiefpassfilter und Korrelatoren einschließen. Der DSP kann programmierbare Module oder dedizierte Schaltlogik für andere Operationen einschließen, einschließlich Phasenableitung, Größenmessung, Abwärtsabtastung, Amplitudenskalierung (Dämpfungssteuerung), Rauschunterdrückung, Peak-Detektion, Nachhallüberwachung und Wandlerdiagnose, sowie eine Schnittstelle für die Host-Kommunikation. Vor der weiteren Erläuterung dieser Module werden zunächst bestimmte Arten von systematischer Interferenz beschrieben.
Wiederholbare Echomessungen geben das tatsächliche Vorhandensein von Reflektoren, im Gegensatz zu weißem Rauschen, das für eine gegebene Messung einen Reflektor emulieren könnte, jedoch aus nachfolgenden Messungen verschwindet, an. Systematisches Rauschen kann jedoch bei jeder Messung auftreten, was potenziell das Vorhandensein eines nicht existierenden Reflektors anzeigt oder potenziell das Vorhandensein eines tatsächlichen Reflektors maskiert. 4 zeigt ein potenzielles Beispiel, bei dem zwei Ultraschallerfassungssysteme, die jeweils ähnliche Frequenzen und Messzyklen verwenden, in unmittelbarer Nähe arbeiten. Während einer Parkoperation sendet ein erstes Auto („Unser Auto“) akustische Bursts und überwacht auf reale Echos von einem Hindernis. Die von dem ersten Auto empfangenen Signale können akustische Bursts oder zugehörige Echos („Fake Echos“) von einem zweiten Auto („Anderes Auto“) einschließen, das auch eine Parkoperation durchführt. Bei Fehlen jeglicher Vorsichtsmaßnahmen werden die falschen Echos wahrscheinlich von unserem Auto so interpretiert, dass sie zusätzliche nahegelegene Hindernisse angeben.
Als weiteres Beispiel ist 5 ein Graph, in dem die Signalstärke in Abhängigkeit von dem Empfangszeitpunkt für einen Ultraschallsensor eingerichtet ist, der hinter einer Fahrgestellverkleidung „verborgen“ ist, an die er gekoppelt ist. Der veranschaulichte Messzyklus schließt vier Perioden ein: Periode I ist eine Vorübertragungs-Rauschüberwachungsperiode, Periode II ist eine Übertragungs- und Nachhallperiode, Periode III ist eine Nahbereichsmessperiode und Periode IV ist eine Messperiode mit längerer Reichweite. Während Periode I wird der Verstärkungsfaktor maximiert, um eine Messung von Umgebungsrauschpegeln zu ermöglichen. Während Periode II wird der Ultraschallsensor angesteuert, um einen akustischen Burst zu generieren, auf den ein kurzer Nachhall folgt. Während Periode III erzeugen Vibrationen innerhalb der Fahrgestellverkleidung strukturelles Rauschen, das potenziell alle Echos von nahen Reflektoren maskiert. Danach können während Periode IV Echos von entfernteren Reflektoren erkannt werden. Es ist zu beachten, dass das Nachhall- und strukturelle Rauschen für angrenzende Bursts in der Serie akustischer Bursts im Wesentlichen identisch ist, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur, der Ansammlung von Schichten auf der Verkleidung und der Alterung der Sensorkomponenten nur langsam ändern.
Andere potenzielle Quellen systematischer Interferenz schließen Übersprechen aus anderen Wandlern oder Messkanälen, elektrisches Rauschen, pneumatische Geräusche oder anderes akustisches Rauschen mit einer periodischen Komponente sowie Verarbeitungsrauschen ein. Ein Beispiel für Verarbeitungsrauschen kann ein Autokorrelationsrauschen einschließen, das aus suboptimalem Filterdesign entsteht.
Zwei Techniken, die hierin offenbart werden, bekämpfen systematisches Rauschen: Ableitungsverarbeitung und Versetzen von Frequenzen in einer Signatursequenz. Die Ableitungsverarbeitung beinhaltet das Berechnen der Differenz zwischen verschiedenen Messungen (wie beispielsweise Messungen von akustischen Bursts, die in der Serie benachbart sind), wodurch systematische Interferenz wie strukturelles Rauschen beseitigt werden. Die Frequenzversetzung beinhaltet das Anwenden von Frequenzverschiebungen an akustische Bursts in der Serie gemäß einer Signatursequenz, die für den Sensor angemessen eindeutig ist, wodurch es dem Sensor ermöglicht wird, Echos seiner Bursts von Bursts oder Echos von einem anderen System zu unterscheiden. Die beiden Techniken sind separat und gemeinsam verwendbar.
6 ist ein Blockdiagramm der Steuerung 302 in einer veranschaulichenden Implementierung. Wie weiter unten beschrieben, kann die systematische Interferenzverarbeitung vollständig in der Steuerung 302 durchgeführt werden, oder mindestens ein Teil der Verarbeitung kann von einer ECU oder einem Hostprozessor durchgeführt werden, der bestimmte Daten über den Kommunikationsbus empfängt, wie zuvor in Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Der Einfachheit halber zeigt 6 nicht alle Merkmale der Steuerung 302, wie beispielsweise den Leistungselektronikabschnitt.
Wie vorstehend in Bezug auf 3 erörtert, schließt die Steuerung 302 sowohl einen Empfänger als auch einen Sender sowie eine Verarbeitungsschaltung ein, die mit dem Empfänger zur Umwandlung einer empfangenen Antwort in Ausgangsdaten gekoppelt ist. Die Verarbeitungsschaltung kann als programmierbare Module oder anwendungsspezifische Schaltlogik in einem digitalen Signalprozessor (DSP) implementiert sein.
Der Sender umfasst einen Ultraschallträgeroszillator 307, eine Sendersteuerung 306 und einen Digital-Analog-Umwandler (DAC) 313. Der Oszillator 307 kann z. B. eine nominale Trägerfrequenz von 50 kHz bereitstellen. Die TX-Steuerung 306 kann digitale Burst-Signale aus dem Trägersignal ableiten, die in einigen Implementierungen lineare frequenzmodulierte Chirps bereitstellen, die etwa 2,5 ms lang sind, während der die Frequenz von 7 kHz unter der Trägerfrequenz auf 1 kHz unter der Trägerfrequenz (unteren Kanal) oder von 1 kHz über der Trägerfrequenz bis 7 kHz über der Trägerfrequenz (oberer Kanal) nach oben springt. Anstelle von einem oder beiden der Aufwärts-Chirps kann ein Abwärts-Chirp eingesetzt werden. Abhängig von der Systemkonfiguration kann die TX-Steuerung 306 ausschließlich in einem Kanal arbeiten oder kann zwischen dem oberen und dem unteren Kanal abwechseln oder diese anderweitig einsetzen. Der DAC 313 wandelt die digitalen akustischen Bursts in ein analoges Ansteuerungssignal für den akustischen Wandler um.
Zusätzlich schließt die veranschaulichende Implementierung eine Frequenzverschiebungssteuereinheit 314 (aufgrund der Ähnlichkeit zwischen dem Dopplereffekt und den Effekten der Frequenzverschiebung- als „Doppler-TX-RX-Verschiebungssteuerung“ bezeichnet) ein. Die Frequenzverschiebungssteuereinheit 314 ist dazu konfiguriert, Frequenzverschiebungen auf die von dem Oszillator 307 generierte Sendeträgerfrequenz anzuwenden. (Die Referenzfrequenz, die der Oszillator 307 für den Mischer 309 generiert, ist vorzugsweise konstant.) Solche Frequenzverschiebungen liegen zum Beispiel im Bereich von 200-2000 kHz, vorzugsweise 300-1200 kHz, wie 600-1000 kHz oder 800 kHz. Wie weiter unten beschrieben, bewirken die Verschiebungen der Sendeträgerfrequenz (mit konstant gehaltener Referenzfrequenz) entsprechende Doppler-ähnliche Frequenzversetzungen in den Echos der akustischen Bursts. Wenn eine eindeutige Sequenz von Frequenzverschiebungen auf die Sendeträgerfrequenz angewendet wird, ermöglicht das Muster von Frequenzverschiebungen in den Echos die Unterscheidung zwischen realen Echos und falschen Echos.
Nach jedem akustischen Burst empfängt die Steuerung 302 ein Eingangssignal, das die Antwort des akustischen Wandlers PZ (3), optional durch einen Frontend-Verstärker 308 verstärkt, darstellt. Ein Analog-Digital-Umwandler (ADC) 311 digitalisiert das Eingangssignal mit einer relativ hohen Abtastrate, z. B. 400 kHz. Ein Diagnoseblock 322, allein oder in Kombination mit einem Nachhallüberwachungsblock 321, analysiert das digitale Empfangssignal, um eventuelle Wandlerfehlerzustände zu erkennen und zu diagnostizieren. Einige Fehlerzustände können z. B. durch zu kurze Nachhallperioden angegeben sein (die auf einem abgetrennten oder defekten Wandler, unterdrückter Schwingung oder dergleichen beruhen kann), während andere durch eine zu lange Nachhallperiode angegeben sein können (fehlerhafte Befestigung, unzureichender Dämpfungswiderstand oder dergleichen). Der Diagnoseblock 322 kann mehrere dieser Wandlerfehlerzustände erkennen und klassifizieren, wobei er die entsprechenden Fehlercodes in internen Registern speichert, aus denen sie an die ECU kommuniziert werden können. Der Nachhallüberwachungsblock 321 erkennt und signalisiert das Ende der Wandlernachhallperiode, wobei er optional die Signalverarbeitung zur EchoDetektion einleitet.
Die digitalisierte Antwort wird anschließend im I/Q-Digitalmischer 309 herunterkonvertiert. Der I/Q-Digitalmischer 309 versetzt das Eingangssignal in Summen- und Differenzfrequenzen, in denen die Differenzfrequenz sich in Basisbandnähe (Nullfrequenz) befindet. Der I/Q-Digitalmischer 309 gibt sowohl eine gleichphasige als auch eine Quadraturkomponente des empfangenen Signals aus. Ein Tiefpassfilter (LPF) 312 ist stromabwärts des Mischers 309 dazu angeordnet, bestimmte Rauschkomponenten (einschließlich des Eingangssignalbildes bei der Summenfrequenz) von der herunterkonvertierten Antwort zu entfernen. Eine Dezimierung oder „Unterabtast“-Einheit 331 reduziert die Abtastrate der gefilterten I/Q-Signale auf z. B. etwa 20 kHz. Dieses dezimierte Signal schließt sowohl gleichphasige als auch Quadraturkomponenten des herunterkonvertierten Antwortsignals ein und kann hierin als die ZIF-IQ-Daten bezeichnet werden.
Die veranschaulichende Steuerung 302 schließt eine ZIF-Größeneinheit 340 und einen Korrelator 333 ein, von denen jeder auf den ZIF-IQ-Daten von der Dezimationseinheit 331 betrieben werden kann. Die ZIF-Größeneinheit 340 wandelt die ZIF-IQ-Daten in ein ZIF-Größensignal um, z. B. durch Quadrieren des gleichphasigen Komponentensignals, Quadrieren des Quadraturphasenkomponentensignals und Summieren der beiden. Die Größeneinheit 340 kann ferner eine Quadratwurzel oder einen Logarithmus des summierten Signals bestimmen.
Der Korrelator 333 kann die Form eines programmierbaren finiten Impulsantwortfilters (FIR) mit komplexwertigen Koeffizienten, die aus dem Speicher abrufbar sind, annehmen. Die ausgewählten Koeffizienten stellen dem Korrelator 333 eine Impulsantwort bereit, die vorzugsweise mit der Wellenformvorlage der akustischen Bursts (Aufwärts- oder Abwärts-Chirps in den oberen oder unteren Kanälen) übereinstimmt und wie in der gemeinschaftlichen Anmeldung US 17/156.742 , eingereicht am 25.01.2021 mit dem Titel „Multichannel minimum distance echo detection“ (Mehrkanal-Minimumabstands-Echodetektion) (ONS04087) erörtert, kann die Impulsantwort basierend auf der seit dem Nachhallende verstrichenen Zeit variieren, um die Nahbereichsdetektion zu verbessern. (Die Bezeichnungen U/L/N stellen Impulsantworten zum Erfassen von Bursts im oberen Kanal, Bursts im unteren Kanal und Nahbereichs-Bursts dar.) Das Ausgangssignal des Korrelators schließt Peaks ein, bei denen Echos im Antwortsignal mit der Impulsantwort des Korrelators übereinstimmen.
Aufgrund der Art der Chirp-Signale wird die Zeitsteuerung derartiger Peaks versetzt, wenn die Echos eine Doppler-Versetzung oder Frequenzverschiebung aufweisen.
Die veranschaulichende Steuerung 302 schließt eine Ableitungsverarbeitungsstufe mit einem Multiplexer 341, der ZIF-1Q-Daten oder das ZIF-Größensignal oder das Korrelatorausgangssignal 333 auswählt, für eine potenzielle Ableitungsverarbeitung ein. In Intervallen kann das ausgewählte Signal als Basislinienantwort in dem Speicher 338 erfasst werden. Alternativ kann der Speicher 338 die aktuelle Antwort, die gegen die nachfolgende Antwort verglichen werden soll, puffern. Dieser Antwortspeicher 338 kann ein Speicher in der Steuerung 302 sein, kann aber alternativ ein externer Speicher sein. Geeignete Speichertypen sind zum Beispiel SRAM und DRAM im Hinblick auf die Größe des Datensatzes. Zur Ableitungsverarbeitung subtrahiert eine Subtraktionseinheit 332 die gespeicherte Antwort im Speicher 338 von der aktuellen Antwort, um systematische Interferenz wie strukturelles Rauschen zu entfernen. Das Differenzsignal wird einem Multiplexer 342 zugeführt, der das Differenzsignal auswählt, wenn die Ableitungsverarbeitung gewünscht ist, und wählt den Ausgang des Multiplexers 341 aus, wenn keine Ableitungsverarbeitung gewünscht ist. Insbesondere kann die Steuerung 302 von der Ableitungsverarbeitung zu einer Nichtableitungsverarbeitung an einem vorgegebenen Punkt während jeder Messung umschalten, was nützlich sein kann, wenn erwartet wird, dass das strukturelle Rauschen nur in einem kleinen Abschnitt der Antwort vorhanden ist. Somit wird zum Beispiel die Ableitungsverarbeitung unter Umständen während von Periode III des Messzyklus verwendet und während Periode IV des Messzyklus in 5 nicht verwendet.
Die veranschaulichende Steuerung 302 schließt einen Rauschdetektor/Unterdrückungsblock 334 ein, der auf dem durch den Multiplexer 342 ausgewählten Signal arbeitet, wobei eine Dämpfungskompensation zur Anwendung kommt, um Peaks zu verstärken, die Echos und eine nichtlineare Funktion darstellen, um Rauschen zu unterdrücken. Ein weiterer Multiplexer 343 wählt zwischen dem Ausgang des Blocks 334 und dem Ausgang des Multiplexers 342, wodurch der Block 334 umgangen werden kann, falls gewünscht.
Der DSP kann eine Peak-Detektion durchführen, um Echos zu erkennen, die auf der Zeitsteuerung der Peaks beruhen, um die Echolaufzeit und damit den Abstand zu den Hindernissen zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt, können mehrere Ansätze zur Peak-Detektion und Bestimmung der Peak-Zeitsteuerung verwendet werden, wie z. B. eine Detektion steigender Flanken, eine Detektion fallender Flanken oder eine Detektion des Peak-Maximums, von denen jedes mit einem Amplitudenschwellenwert kombiniert werden kann; jede dieser Variationen liegt im Umfang des Erkennens von bzw. der erkannten Peaks. Neben der Zeitsteuerung kann die ECU auf Messungen der Peakgröße und Persistenz beruhen, um die Signifikanz zu bestimmen. Dazu ist in der in 6 veranschaulichten Implementierung der Ausgang des Multiplexers 343 mit einem Größendetektor und einem Kompressorblock 335 gekoppelt. Der Größendetektorblock 335 erkennt die Peaks in dem ausgewählten Signal, bestimmt die Größe der Peaks und berechnet die jedem Peak zugeordnete Flugzeit (oder, äquivalent, bestimmt den Abstand). Ein optionales Komprimierungsverfahren wird verwendet, um die Anzahl der zum Darstellen dieser Informationen benötigten Bits zu reduzieren. Ein Ausgangsmultiplexer 337 wählt zwischen komprimierten und unkomprimierten Daten für den Sensorschnittstellenblock 303, um Echomessinformationen an die ECU zu kommunizieren.
Es ist zu beachten, dass die verschiedenen Multiplexer eingestellt werden können, um ZIF-IQ-Rohdaten, das ZIF-Größensignal oder das Korrelationssignal (von denen jedes komprimiert oder unkomprimiert sein kann) an die ECU bereitzustellen, so dass die ECU die gewünschten Verarbeitungsoperationen durchführen kann. Darüber hinaus könnte eine weitere Auswahl von ZIF-IQ-Daten vorgenommen werden, wie der gleichphasigen Komponenten oder der Quadraturkomponenten. Zusätzlich könnten die zu übertragenden ZIF-IQ-Daten vorab gewählt werden, beispielsweise nur in einem vordefinierten Zeitrahmen oder während eines Zeitrahmens, der vordefinierte Kriterien erfüllt.
Alternativ zum Durchführen einer Ableitungsverarbeitung der ZIF-IQ-Daten, des ZIF-Größensignals oder Korrelationssignals, wie in 6 gezeigt, kann die Ableitungsverarbeitung an den Größen-/Flugzeitinformationen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Basislinienantwort die Größen- und Flugzeitinformationen angeben, die während eines ersten Messzyklus verursacht wurden, vielleicht aufgrund von strukturellem Rauschen. In einem nachfolgenden Messzyklus können alle entsprechenden Peaks eliminiert oder zumindest proportional zur Basislinienantwort reduziert werden. Daher gibt es mehrere Optionen für die Signalverarbeitung. Die Auswahl von Optionen kann von Kundenanforderungen sowie Qualität und Auflösung der gewünschten Ausgabe abhängig sein.
Wie bereits erwähnt, kann die Frequenzverschiebungssteuerung 314 ein Muster von Frequenzverschiebungen auf akustische Bursts in einer Serie anwenden, wobei jeder akustische Burst durch einen entsprechenden Verschiebungswert in dem Muster frequenzversetzt wird, wodurch eine eindeutige Signatur an reale Echos in den verarbeiteten Antwortsignalen bereitgestellt wird. Für Chirp-Signale erzeugen solche Frequenzversetzungen eine Zeitversetzung in den Ausgangssignal-Peaks eines Korrelators.
7 zeigt drei veranschaulichende Messzyklen mit entsprechenden Frequenzverschiebungen von -300 Hz, 0 Hz und +300 Hz. Periode 802 stellt die (abgeschwächte) Dauer des Ansteuerungssignals dar, das den akustischen Burst generiert. Periode 804 stellt die Wandlerresonanz-Periode unmittelbar nach dem Auftreten des Ansteuerungssignals dar. Periode 806 stellt die Echo-Detektionsperiode ohne jegliches strukturelle Rauschen dar (oder wenn es durch die Ableitungsverarbeitung beseitigt wurde). Bei der Korrelatorausgabe entsprechen die Peaks 808, 810 und 812 den Echos, die mit den -300 Hz, 0 Hz und +300 Hz-Frequenzverschiebungen empfangen werden, was eine Zeitversetzung von etwa 14 ms zwischen Peaks zeigt, die einer scheinbaren Abstandsversetzung von etwa 2,4 cm entsprechen. Frequenzverschiebungen von 800 Hz würden scheinbare Abstandsversetzungen von etwa 6 bis 7 cm entsprechen. Andere Frequenzverschiebungen könnten in ähnlicher Weise verwendet werden.
Angesichts des Umstandes, dass die Frequenzverschiebung einer Zeitversetzung eines reflektierten Signals in einer Flugzeitmessung entspricht, die wiederum eine Versetzung des gemessenen Abstands darstellt, stellt ein Muster von angewandten Frequenzversetzungen ein entsprechendes Muster in den Versetzungen (oder „Jitter“) des gemessenen Abstands bereit. Das Muster für ein gefälschtes Echo (Fake Echo) ist anders als für ein reales Echo. Insbesondere entspricht bei einem realen Echo die Versetzung des gemessenen Abstands jeder Frequenzverschiebung. Wenn jedes nachfolgende Ansteuerungssignal (d. h. Impuls) eine andere Frequenzverschiebung erhält und sich weder das Überwachungssystem noch das Hindernis bewegt, würde der gemessene Abstand pro Impuls entsprechend dem angewandten Frequenzimpuls variieren. Ein gefälschtes Echo, das von einem anderen Ultraschallsystem stammt, schließt jedoch das spezifische Frequenzverschiebungsmuster nicht ein und kann somit erkannt werden.
Dieses Prinzip wird unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Dabei ist das Hindernisüberwachungssystem in unserem Auto vorhanden. In einem Beispiel wendet der Sender davon nach der TX-Frequenzverschiebungssequenz Folgendes an: 0 Hz (0 cm), 0 Hz (0 cm), +800 Hz (+6 cm), -800 Hz (-6 cm), 0 Hz (0 cm), +800 Hz (+6 cm). Somit schließt in diesem Beispiel die Serie von akustischen Burst-Ansteuerungssignalen mindestens sechs aufeinanderfolgende Ansteuerungssignale ein. Die Frequenzverschiebung in diesem Beispiel ist entweder 0 Hz oder +800 Hz oder -800 Hz. Beim Messen eines Abstands D0 des realen Echos vom Hindernis ist die gemessene Sequenz D0, D0, D0+6 cm, D0-6 cm, D0, D0+6 cm. Diese gemessene Entfernungssequenz kann um die angewandte Frequenzverschiebung korrigiert werden, was D0, D0, D0, D0, D0, D0 ergibt. Somit verändert sich der Abstand nicht und das Echo wird als reales Echo klassifiziert.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass das andere Auto auch akustische Bursts überträgt, die von dem Hindernisüberwachungssystem unseres Autos entweder direkt oder nach Reflexion durch das Hindernis empfangen werden. Für die Zwecke dieses Beispiels ist der beobachtete Abstand, der diesen akustischen Bursts zugeordnet ist, D1. Wenn das andere Auto die akustischen Bursts ohne Muster von Frequenzverschiebungen überträgt, beobachtet unser Auto, dass die zugehörigen Abstände D1, D1, D1, D1, D1, D1 sind. Nach dem Anwenden der Korrektur um die von dem Sender in unserem Auto verwendeten Frequenzverschiebungen wird der Satz von Messungen D1, D1, D1-6 cm, D1+6 cm, D1, D1-6 cm. Es ist offensichtlich, dass der kompensierte Abstand nicht ausreichend konstant ist, was es unserem Auto ermöglicht, die Messungen als von einem gefälschten Echo verursacht zu ignorieren.
Das gleiche Ergebnis gilt, wenn das andere Auto akustische Bursts mit einem anderen Muster von Frequenzverschiebungen in aufeinanderfolgenden Impulsen überträgt. Effektiv gibt es eine große Vielfalt von möglichen Mustern, so dass die Chance, dass die angewandten Muster von Frequenzverschiebungen identisch sind, sehr gering ist, und falls gewünscht, durch Verwenden eines längeren Signaturmusters noch weiter gesenkt werden kann. Mögliche Variationen des Musters schließen die Länge eines Musters (6 im Beispiel), die angewandte Frequenzverschiebung (im Beispiel 0, +800 Hz), die Anzahl unterschiedlicher Verschiebungen pro Muster und die Permutation der Reihenfolge, in der Verschiebungen angewendet werden, ein. Das angewandte Frequenzverschiebungsmuster kann zyklisch, randomisiert oder beides (ein zyklisches Muster von zufallsbasiert ausgewählten Verschiebungen) sein.
In einer Implementierung ist das angewandte Frequenzverschiebungsmuster zufallsbasiert und wird zum Beispiel während des Sensorhochlaufs generiert. Die Rauschüberwachung (Periode I von 5) kann bei maximaler Verstärkungseinstellung auftreten. Die niederwertigsten Bits (Least Significant Bits, LSB) von Echo-Größenmessungen während einer gegebenen Rauschüberwachungsperiode können als Zufallszahlen zum Generieren eines zyklischen Signaturmusters von Frequenzverschiebungen verwendet werden. Die Frequenzverschiebungen können in einer Nachschlagetabelle (Look-Up Table, LUT) und den abgetasteten LSBs gespeichert werden, die zum Adressieren der LUT verwendet werden, wodurch die Frequenzverschiebungen identifiziert werden, die in dem Muster verwendet werden sollen. Die Anzahl der hierin verwendeten Rauschgrößen-Überwachungs-Samples definiert die Länge der zufälligen TX/RX-Doppler-Verschiebungssequenz. Dieser Prozess der zufallsbasierten Signaturgenerierung kann intermittierend oder jedes Mal wiederholt werden, wenn der Sensor eingeschaltet wird.
Es ist zu beachten, dass die Frequenzverschiebungen aufgrund des Doppler-Effekts variieren können, wenn sich unser Auto oder das andere Auto bewegt. Dies verändert die gemessenen Zeitversetzungen, jedoch wird erwartet, dass die Versetzung aufgrund des Doppler-Effekts relativ konstant und relativ klein im Vergleich zu der vorstehend in Betracht gezogenen 800 Hz-Verschiebung ist, wodurch es nach wie vor möglich ist, reale Echos von gefälschten Echos zu unterscheiden.
8 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Erfassungsverfahrens, das eine Ableitungsverarbeitung und Verwendung des Frequenzverschiebungssignaturmusters einschließt. Es beginnt in Block 902, wobei die Sensorsteuerung 302 einen akustischen Burst sendet und eine Messantwort erhält, die gespeichert und als Basislinie verwendet wird. In einigen Implementierungen wird eine separate Basislinienantwort für jede Frequenzverschiebung (z. B. -800 Hz, 0 Hz und +800 Hz) erhalten. In Block 904 beginnt die Sensorsteuerung optional unter Verwendung der Frequenzverschiebungssignatur in einer zyklischen Weise mit dem Senden eines akustischen Bursts mit der Frequenzverschiebung für den aktuellen Punkt in der Signatursequenz und Erfassen einer Messantwort. In Block 906 subtrahiert die Sensorsteuerung die Basislinienantwort (oder in einigen Implementierungen, subtrahiert diesen Abschnitt der Basislinienantwort, die strukturelles Rauschen darstellt), und filtert das Differenzsignal, um Korrelations-Peaks zu erhalten. In Block 907 kompensiert die Sensorsteuerung die Frequenzverschiebung des aktuellen Spots in der Signatursequenz, z. B. durch Versetzen der Peak-Position durch die Zeitversetzung, die für diese Frequenzverschiebung erwartet wird.
In Block 908 erkennt die Sensorsteuerung (oder ECU) Hindernisse durch Vergleichen von Korrelations-Peaks in der Sequenz von Antworten, um diejenigen Peaks zu identifizieren, die relativ stationär bleiben oder in einer Weise versetzt werden, die eine relativ lineare Bewegung angibt. Peaks, die übermäßigen Jitter aufweisen, werden als falsche Echos unterdrückt. Hindernisse, die zu nahe sind oder sich zu schnell bewegen, können bewirken, dass die Sensorsteuerung (oder ECU) den Fahrer warnt.
In Block 910 bestimmt die Sensorsteuerung, ob eine neue Basislinie benötigt wird. Diese Bestimmung kann erfolgen, wenn seit der vorherigen Basislinienmessung zu viel Zeit vergangen ist oder wenn ein anderes auslösendes Ereignis auftritt (wie beispielsweise Trimmen oder Neuabstimmen des Oszillators, der die Sendeträgerfrequenz generiert). Wenn eine neue Basislinie benötigt wird, kehrt der Prozess zu Block 902 zurück. Andernfalls wird die nächste Messantwort beginnend mit Block 904 erhalten.
9 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Erfassungsverfahrens, das die Ableitungsverarbeitung weglässt, jedoch die zuvor beschriebene Signatursequenz von Frequenzverschiebungen einsetzt. Das Verfahren ist eine Schleife der zuvor beschriebenen Operationen, die durch die Blöcke 904, 907 und 908 dargestellt werden.
Obwohl die vorstehend gezeigten und beschriebenen Operationen zum Zweck der Erläuterung als sequenziell behandelt werden, kann der Prozess in der Praxis durch mehrere gleichzeitig arbeitende Komponenten einer integrierten Schaltung ausgeführt werden, und vielleicht sogar spekulativ, um fehlerhafte Operationen zu ermöglichen. Die sequenzielle Erörterung soll nicht einschränkend sein. Ferner hat die vorstehende Beschreibung die Verwendung eines E/A-Leitungsbusses angenommen, aber es werden andere Busimplementierungen einschließlich LIN, CAN und DSI3 in Betracht gezogen. Diese und zahlreiche weitere Modifikationen, Äquivalente und Alternativen werden für den Fachmann ersichtlich, nachdem die vorstehende Offenbarung völlig verstanden ist. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass sie gegebenenfalls alle derartigen Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einbeziehen.
Gemäß einer Implementierung wird eine Steuerung für einen akustischen Wandler bereitgestellt, wobei die Steuerung einen Sender umfasst, um den akustischen Wandler mittels eines Ansteuerungssignals anzusteuern, um akustische Bursts zu generieren, wobei das Ansteuerungssignal eine Mittenfrequenz aufweist und gemäß einem vordefinierten Muster moduliert wird. Der Sender ist dazu konfiguriert, eine Serie aufeinanderfolgender Ansteuerungssignale zu generieren, wobei ein erstes Ansteuerungssignal der Serie an einer ersten Mittenfrequenz bereitgestellt wird und ein darauf folgendes, zweites Ansteuerungssignal der Serie an einer zweiten Mittenfrequenz bereitgestellt wird, die relativ zu der ersten Mittenfrequenz gemäß einer vordefinierten Frequenzverschiebung verschoben ist. Die Steuerung umfasst ferner einen Empfänger, um eine Antwort des akustischen Wandlers auf Echos jedes Bursts zu erfassen. Die Steuerung umfasst ferner eine Verarbeitungsschaltung, die mit dem Sender und dem Empfänger gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsschaltung betriebsfähig ist, um die empfangene Antwort in Ausgangsdaten umzuwandeln, die für das modulierte Ansteuerungssignal der Antwort repräsentativ sind.
Gemäß einer weiteren Implementierung ist die Frequenzverschiebung eine Doppler-Versetzung. Zum Beispiel liegt die Frequenzverschiebung im Bereich von 200-2000 Hz. Vorzugsweise liegt die Frequenzverschiebung im Bereich von 300-1200 Hz, zum Beispiel 600-1000 Hz, wie beispielsweise 800 Hz.
Gemäß einer weiteren Implementierung, die mit einer von der Implementierung der zwei vorhergehenden Absätze kombiniert werden kann, ist der Sender dazu konfiguriert, zyklische zufallsbasierte Frequenzverschiebungen innerhalb der Serie aufeinanderfolgender Ansteuerungssignale anzuwenden.
Gemäß einer weiteren Implementierung, die mit einer der Implementierungen der vorhergehenden drei Absätze kombiniert werden kann, sind die Ansteuerungssignale der Serie chirp-modulierte Ansteuerungssignale. Vorzugsweise weist die Serie aufeinanderfolgender Ansteuerungssignale eine Dauer von mindestens 1 Millisekunde (ms) auf. Das chirp-modulierte Ansteuerungssignal ist beispielsweise ein so genannter Seitenband-Chirp, der eine Mittenfrequenz aufweist, die niedriger oder höher als die eines amplitudenmodulierten (AM) Signals ist. Ein Chirp ist ein Sendepuls, der während der Übertragung die Frequenz ändert. Die Antwort eines Chirp kann in einem Korrelator komprimiert werden, ohne viel oder überhaupt Korrelationsrauschen einzuführen. Der Chirp kann ein Aufwärts-Chirp (Chirp mit steigender Frequenz) und Abwärts-Chirp (Chirp mit abnehmender Frequenz) sein. In einer weiteren Implementierung weist der Abwärts-Chirp im Vergleich zu dem Aufwärts-Chirp eine invertierte Steigung auf. In einer weiteren Implementierung weist der Abwärts-Chirp im Vergleich zu dem Aufwärts-Chirp eine andere Mittenfrequenz auf.
Gemäß einer weiteren Implementierung, die mit einer der Implementierungen der vorhergehenden vier Absätze kombiniert werden kann, ist die Verarbeitungsschaltung dazu konfiguriert, die ableitungsbasierte Echodetektionsverarbeitung auf die Antwort anzuwenden. Zum Beispiel umfasst die Verarbeitungsschaltung einen Korrelator zur Korrelation eines empfangenen Signals und eines Größendetektors zum Erkennen einer Größe des korrelierten Signals.
Gemäß einer weiteren Implementierung, die mit einer der Implementierungen der vorstehenden sechs Absätze kombiniert werden kann, umfassen die Ausgangsdaten Null-Zwischenfrequenz-IQ-Daten (ZIF-IQ-Daten) und Korrelationsgrößendaten, wobei die Steuerung ferner mit einer Busschnittstelle zur Übertragung der Ausgangsdaten an einen Mikrocontroller bereitgestellt ist. Zum Beispiel umfasst die Verarbeitungsschaltung einen ZIF-IQ-Kompressor zum Komprimieren der ZIF-IQ-Daten und einen Multiplexer zum Multiplexen der komprimierten ZIF-IQ-Daten mit den Korrelationsgrößendaten in komprimierter Form.
Gemäß einer weiteren Implementierung, die mit einer der Implementierungen der vorhergehenden sieben Absätze kombiniert werden kann, umfasst die Steuerung ferner einen Speicher zum Speichern einer Antwort, und wobei die Verarbeitungsschaltung eine Subtraktionseinheit zum Subtrahieren einer empfangenen Antwort von einer gespeicherten Antwort umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/124266 [0001]
US 17/156742 [0034]

Claims

Steuerung für einen akustischen Wandler, wobei die Steuerung umfasst: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise abzuleiten, indem eine Differenz zwischen einer der Antworten und mindestens einem Abschnitt einer anderen der Antworten bestimmt wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die eine der Antworten und die andere der Antworten Antworten auf benachbarte akustische Bursts der Serie sind.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die eine der Antworten und die andere der Antworten Antworten auf akustische Bursts der Serie sind, die durch eine vorgegebene Anzahl von dazwischenliegenden akustischen Bursts getrennt sind.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die andere der Antworten eine intermittierend bestimmte Basislinienantwort ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der mindestens eine Abschnitt eine Region mit strukturellem Rauschen einschließt.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Ausgangsdaten erkannte Peaks in einem Differenzbereich einer kombinierten Antwort und beliebige erkannte Peaks in einem nachfolgenden Korrelationsbereich der kombinierten Antwort einschließen.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Serie von akustischen Bursts eine Signatursequenz von Frequenzverschiebungen aufweist und wobei die Verarbeitungsschaltung dazu konfiguriert ist, jegliche Peaks in der Differenzantwort zu unterdrücken, die nicht der Signatursequenz entsprechen.
Steuerung für einen akustischen Wandler, wobei die Steuerung umfasst: einen Sender zum Ansteuern des akustischen Wandlers, um eine Serie von akustischen Bursts mit einer Signatursequenz von Frequenzverschiebungselementen zu generieren; einen Empfänger, der mit dem akustischen Wandler gekoppelt ist, um eine Antwort für jeden akustischen Burst in der Serie zu erfassen; und eine Verarbeitungsschaltung, um Ausgangsdaten von den Antworten teilweise dadurch abzuleiten, dass Peaks unterdrückt werden, die nicht der Signatursequenz entsprechen.
Steuerung nach Anspruch 8, wobei die akustischen Bursts der Serie Chirps umfassen und wobei die Frequenzverschiebungen entsprechende Zeitversetzungen von Peaks in den Antworten verursachen.
Steuerung nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungsschaltung dazu konfiguriert ist, ein kombiniertes Signal durch Zeitversetzen von Antworten abzuleiten, um Zeitversetzungen zu kompensieren, die der Signatursequenz entsprechen, und wobei die Ausgangsdaten durch Durchführen einer Peak-Detektionsverarbeitung an dem kombinierten Signal abgeleitet werden.
Steuerung nach einem der Ansprüche 8-10, wobei die Verarbeitungsschaltung dazu konfiguriert ist, strukturelles Rauschen von jeder der Antworten zu subtrahieren.