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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von mindestens einem Ultraschallsensorarray. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Ultraschallsensoren werden oftmals im Fahrzeugbereich eingesetzt, um den Einparkvorgang für den Fahrer zu vereinfachen. Die hierfür eingesetzten Ultraschallsensoren weisen einen fixen Öffnungswinkel bzw. Raumwinkel des Abtastbereichs auf und können nur innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereichs optimal funktionieren. Insbesondere entstehen bei geringen Entfernungen, welche abhängig von der Einbauhöhe und Einbauwinkel des Ultraschallsensors sind, Bodenreflektionen. Diese Bodenreflektionen werden vom Ultraschallsensor registriert, sodass Detektionslücken für Objekte außerhalb dieser Entfernung entstehen. Je nach Ausgestaltung des Systems können derartige Bodenreflektionen durch Kompensationsmechanismen unterdrückt werden, dies unterbindet jedoch auch das Detektieren von schwach reflektierenden Objekten.
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Die
DE 10 2015 101 266 A1 offenbart ein Fahrzeugassistenzsystem zur seitlichen Erfassung von Objekten mit Hilfe von optischen Sensoren. Die Sensorik weist mehrere Empfangskanäle mit unterschiedlichen Erfassungsbereichen auf.
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In der
DE 10 2006 004 865 A1 ist ein Parkassistenzsystem beschrieben, bei dem ein erster Sensor als eine Sende- und Empfangseinheit und ein zweiter Sensor als eine Empfangseinheit ausgestaltet ist. Die Sensoren weisen unterschiedliche Erfassungsbereiche auf, die sich bereichsweise überlappen.
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Derartige Systeme erfordern eine erhöhte Anzahl an Ultraschallsensoren, die zusätzlich in einem erhöhten Auswerteaufwand resultieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren zur ultraschallbasierten Messung von Entfernungen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben von mindestens einem Ultraschallsensorarray bereitgestellt. Das Verfahren kann vorzugsweise durch ein Steuergerät ausgeführt werden, welches mit mindestens einem Ultraschallsensorarray datenleitend verbunden ist. Dabei kann das Steuergerät das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen von Schallechos ansteuern als auch zum Empfangen von generierten Messdaten des Ultraschallsensorarrays genutzt werden.
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In einem Schritt wird das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen von Schallechos angesteuert. Aus einem Abtastbereich reflektierte Schallechos werden vom Ultraschallsensorarray empfangen, um Messdaten basierend auf den empfangenen Schallechos zu generieren. Derartige Ultraschallsensorarrays bestehen aus mehreren Ultraschallsensoren bzw. Teilsensoren, die beispielsweise in einem konventionellen Gehäuse verbaut sind. Derartige Teilsensoren können vom Steuergerät unabhängig voneinander zum Erzeugen von Schallechos und/oder zum Empfangen reflektierten Schallechos angesteuert werden. Dies kann direkt durch das Steuergerät oder über einen zwischengeschalteten Treiber bzw. eine Vorstufenelektronik, beispielsweise zum Verstärken der empfangenen Signale oder zur Analog-Digital-Wandlung der empfangenen Signale, erfolgen.
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Das Ultraschallsensorarray wird vorzugsweise derart zum Erzeugen und Empfangen von Schallechos angesteuert, dass ein horizontalter und/oder vertikaler Raumwinkel eines Erfassungsbereichs verändert wird. Der Raumwinkel kann hierbei zyklisch oder kontinuierlich verändert werden, um unterschiedliche Abstände und Tiefen des Abtastbereichs mit Schallechos abzutasten. Die Variation des Raumwinkels, welchen das Ultraschallsensorarray mit Schallechos abtastet und aus welchem die reflektierten Schallechos empfangen werden, kann entlang einer Horizontalrichtung und/oder entlang einer Vertikalrichtung erfolgen.
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Vorzugsweise können ein Raumwinkel, in welchen das Ultraschallsensorarray die Schallechos emittiert, und ein Raumwinkel, aus welchem das Ultraschallsensorarray die reflektierten Schallechos empfängt, einander gleichen oder sich voneinander unterscheiden. Die entsprechende Richtcharakteristik kann durch das Steuergerät eingestellt und variiert werden.
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Durch das Verfahren können Detektionslücken, beispielsweise zur Konturabsicherung, reduziert werden, da aufgrund der unterschiedlich eingestellten Raumwinkel Bodenreflektionen Abschnitte des Abtastbereichs nicht mehr dauerhaft überlagern können. Darüber hinaus können durch variierende Raumwinkel auch Rampen, Stufen oder auch komplexe Szenen mit mehrdeutigen Messdaten zuverlässig aufgelöst werden. Ein durch das Verfahren betriebenes Ultraschallsensorarray kann auch zu einer Höhen-Klassifikation von Objekten herangezogen werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugseitiges Steuergerät, ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System, sein.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Das maschinenlesbare Speichermedium kann auch als eine interne oder externe Speichereinheit des Steuergeräts ausgestaltet sein.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können bestehende Einparksysteme optimiert und hochautomatisierte bzw. autonome Fahrfunktionen abgesichert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen und Empfangen von Schallechos aus einem Erfassungsbereich mit einem weiten Raumwinkel und einem nachfolgenden reduzierten Raumwinkel angesteuert. Durch einen derartigen Ablauf der Winkelvariation des Raumwinkels kann eine Unterscheidung von niedrigen und hohen Objekten umgesetzt werden. Dabei wird ein Abtastbereich bzw. eine Scene mit einem weiten Öffnungswinkel erfasst und anschließend mit einem stark reduzierten Öffnungswinkel bzw. Raumwinkel abgetastet. Mit den Reflektionen aus beiden Messungen kann ein hohes Objekt gegenüber einem niedrigen Objekt unterschieden werden. Insbesondere kann eine Messung bzw. Abtastung des Abtastbereichs mit einem geringen Raumwinkel ein hohes Objekt plausibilisieren.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen und Empfangen von Schallechos aus einem Erfassungsbereich mit einem stufenweise veränderndem Raumwinkel angesteuert. Durch diese Maßnahme kann der Raumwinkel in vordefinierten Winkel-Schritten verringert oder vergrößert werden, um Detektionslücken zu vermeiden. Insbesondere können durch das Abscannen des Erfassungsbereichs mit variierten Öffnungswinkeln Stufen oder Rampen durch die Bodenreflektionen identifiziert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen und Empfangen von Schallechos aus einem Erfassungsbereich mit einem kontinuierlich veränderndem Raumwinkel angesteuert. Somit kann eine Unterscheidung zwischen Objekten mit einer geringen Höhe und Objekten mit einer größeren Höhe vorgenommen werden. Durch das Abscannen des Erfassungsbereichs mit einem variierten Öffnungswinkel können mehrere Objekt-Distanzen, wie beispielsweise eine Objektdistanz je Öffnungswinkel, erzeugt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel überlagern die unterschiedlichen kontinuierlich eingestellten Raumwinkel des Erfassungsbereich der erzeugten Schallwellen sich bereichsweise, wobei anhand der generierten Messdaten ermittelte Informationen aus sich überlagernden Raumwinkeln ausgeschlossen werden. Hierdurch kann mittels Überlagerung und Ausschlussprinzip der Distanzen und Öffnungswinkel-Information Freiräume und Hindernisse feingrannular innerhalb der entstehenden Segmente detektiert werden.
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Durch die Variation des Öffnungswinkels lassen sich auch Stufen und Rampen lokalisieren. Da es zu jedem Öffnungswinkel eine zu erwartete Boden-Reflektion gibt, lassen sich die erhaltenen Echodistanzen mit den Reflektionspunkten vergleichen und eine Rampe oder Stufe ableiten.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Raumwinkel erst verändert, nachdem das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen von Schallechos angesteuert und aus einem Abtastbereich reflektierte Schallechos empfangen hat. Durch diese Maßnahme erfolgt bei einem eingestellten Raumwinkel mindestens eine Messung, bevor der Raumwinkel erneut variiert wird. Dabei entspricht eine Messung mindestens einem Sendeschritt und mindestens einem Empfangsschritt. Erst nach mindestens einem Sendeschritt und mindestens einem Empfangsschritt innerhalb eines Raumwinkels wird der Raumwinkel verändert, sodass mindestens ein weiterer Sendeschritt und mindestens ein weiterer Empfangsschritt durchgeführt werden kann. Dies kann mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Raumwinkeln erfolgen, um beispielsweise Detektionslücken zu kompensieren oder verschiedene Formen von Untergründen präzise abtasten zu können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Raumwinkel des Erfassungsbereichs durch eine digital einstellbare Richtcharakteristik verändert. Der Raumwinkel kann hierdurch schnell und effizient innerhalb kürzester Zeitintervalle verändert werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 4 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform,
- 5 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform und
- 6 eine Draufsicht auf ein Ultraschallsensorarray.
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Die 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren 1 dient zum Betreiben von mindestens einem Ultraschallsensorarray 4. Das Ultraschallsensorarray 4 wird beispielhaft als Bestandteil einer fahrzeugseitigen Sensoranordnung 2 beschrieben und in den 2 bis 5 illustriert.
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Das Verfahren 1 kann vorzugsweise durch ein Steuergerät 6 ausgeführt werden, welches mit mindestens einem Ultraschallsensorarray 4 datenleitend verbunden ist und ebenfalls als Bestandteil der fahrzeugseitigen Sensoranordnung 2 ausgestaltet sein kann.
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Das Steuergerät 6 kann das Ultraschallsensorarray zum Erzeugen von Schallechos ansteuern und auch zum Empfangen von generierten Messdaten des Ultraschallsensorarrays 4 genutzt werden.
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In einem Schritt 20 wird das Ultraschallsensorarray 4 zum Erzeugen von Schallechos durch das Steuergerät 6 angesteuert. Aus einem Erfassungsbereich E reflektierte Schallechos werden vom Ultraschallsensorarray 4 empfangen 22, um Messdaten basierend auf den empfangenen Schallechos zu generieren.
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Das Ultraschallsensorarray 4 wird vorzugsweise derart zum Erzeugen und Empfangen von Schallechos angesteuert, dass ein horizontalter und/oder vertikaler Raumwinkel H, V eines Erfassungsbereichs E verändert 24 wird.
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Der Raumwinkel H, V kann hierbei zyklisch oder kontinuierlich verändert werden, um unterschiedliche Abstände und Tiefen des Erfassungsbereichs E bzw. des Abtastbereichs mit Schallechos abzutasten.
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Die Variation des Raumwinkels H, V, welchen das Ultraschallsensorarray 4 mit Schallechos abtastet und aus welchem die reflektierten Schallechos empfangen werden, kann entlang einer Horizontalrichtung X und/oder entlang einer Querrichtung Y und/oder entlang einer Vertikalrichtung Z erfolgen. Die Horizontalrichtung X entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 8.
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Vorzugsweise können ein Raumwinkel H, V, in welchen das Ultraschallsensorarray 4 die Schallechos emittiert, und ein Raumwinkel H, V, aus welchem das Ultraschallsensorarray 4 die reflektierten Schallechos empfängt, einander gleichen oder sich voneinander unterscheiden. Die entsprechende Richtcharakteristik kann durch das Steuergerät 6 eingestellt und variiert werden.
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Die 2 zeigt eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug 8 mit einer Sensoranordnung 2 zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Übersicht halber ist im Heckbereich des Fahrzeugs 8 ein Ultraschallsensorarray 4 positioniert. Das Ultraschallsensorarray 4 kann jedoch an einer beliebigen Position und in einer beliebigen Anzahl vorgesehen sein. Beispielsweise können an Fahrzeugecken und/oder auch an einer Fahrzeugfront Ultraschallsensorarrays 4 angeordnet sein, die mit dem Steuergerät 6 verbunden sind.
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In der 6 ist beispielhaft ein Ultraschallsensorarray 4 in einer Draufdicht dargestellt. Derartige Ultraschallsensorarrays 4 bestehen aus mehreren Ultraschallsensoren bzw. Teilsensoren 10, die beispielsweise in einem konventionellen Gehäuse 11 verbaut sind. Derartige Teilsensoren 10 können vom Steuergerät 6 unabhängig voneinander zum Erzeugen von Schallechos und/oder zum Empfangen reflektierten Schallechos angesteuert werden. Dies kann direkt durch das Steuergerät 6 oder über einen zwischengeschalteten Treiber bzw. eine Vorstufenelektronik 12, beispielsweise zum Verstärken der empfangenen Signale oder zur Analog-Digital-Wandlung der empfangenen Signale, erfolgen. Zum Veranschaulichen der optionalen Funktion der Vorstufenelektronik 12 ist diese durch gestrichelte Verbindungslinien mit den Teilsensoren 10 und dem Steuergerät 6 verbunden.
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Das Steuergerät 6 kann die Teilsensoren 10 derart ansteuern, dass beispielsweise Objekte O auch im Nahbereich des Fahrzeugs 8 zuverlässig und ohne Überlagerung mit Reflektionen eines Untergrunds U interferieren. Hierzu können die unteren beiden Teilsensoren 10'', 10''' allein vom Steuergerät 6 zum Erzeugen Schallechos und die oberen beiden Teilsensoren 10, 10' und/oder die unteren beiden Teilsensoren 10'', 10''' zum Empfangen von reflektierten Schallechos genutzt werden.
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Die Schallechos werden in Form von Schallwellen erzeugt und können kontinuierlich oder in gepulster Form erzeugt werden. Insbesondere kann eine konstante Pulsbreite oder eine veränderliche Pulsbreite der erzeugten Schallechos durch das Steuergerät eingestellt werden.
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Durch den Einsatz von Ultraschallsensorarrays 4 kann der Raumwinkel H, V des Erfassungsbereichs E beliebig verändert werden, sodass Detektionslücken 14 minimiert werden. Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Raumwinkel H, V in welchen die Schallechos emittiert werden von einem großen Raumwinkel H, V, von beispielsweise 180°, schrittweise in Richtung eines kleineren Raumwinkels H, V, beispielsweise 90°, reduziert, um ein Überstrahlen von Objekten O durch Bodenreflektionen zu vermeiden.
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Die Detektionslücke kann durch eine temporäre Öffnung des Öffnungswinkels reduziert bzw. bei 180°Öffnungswinkel sogar eliminiert werden, siehe folgende schematische Abbildung:
- Die 3 zeigt eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug 8 mit einer Sensoranordnung 2 zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Es wird hier veranschaulicht, dass basierend auf unterschiedlich eingestellten Raumwinkeln H, H', V, V` auch hintereinander angeordnete Objekte O, O' separat voneinander detektiert werden können.
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Insbesondere können sowohl Objekte O' mit einer geringen Höhe, die beispielsweise noch überfahrbar sind, von Objekten O mit einer größeren Höhe, beispielsweise höher als eine Stoßstange des Fahrzeugs 8, unterschieden und plausibilisiert werden.
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Die 4 zeigt eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug 8 mit einer Sensoranordnung 2 zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer vierten Ausführungsform. Dabei wird mit Hilfe eines speziell weit eingestelltem Raumwinkel H, V eine Abstufung des Untergrunds U detektiert. Die reflektierten Schallechos können somit eine erwartete Position des Untergrunds U' nicht bestätigen. Hierdurch wird durch das Verfahren eine Abstufung des Untergrunds U durch das Steuergerät 6 basierend auf einer Auswertung der Messdaten des Ultraschallsensorarrays 4 registriert.
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In den in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Übersicht halber die vertikale Komponente des Raumwinkels V, V` dargestellt. Die horizontale Komponente H, H` ist jedoch in analoger Form zur vertikalen Komponente des Raumwinkels V, V` durch das Steuergerät 6 anpassbar bzw. veränderbar.
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In der 5 ist eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug 8 mit einer Sensoranordnung 2 zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer fünften Ausführungsform gezeigt. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Ultraschallsensorarray 4 an einer Fahrzeugfront des Fahrzeugs 8 angeordnet. Es wird die Variation der horizontalen Komponente des Raumwinkels H, H` veranschaulicht. Durch die Ansteuerung des Ultraschallsensorarrays 4 mittels des Steuergeräts 6 kann die horizontale Komponente des Raumwinkels H, H` variiert werden. Durch diese Maßnahme können beispielsweise mehrere nebeneinander angeordnete Objekte O separat voneinander ermittelt werden.
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Insbesondere Objekte, die in einer gleichen Entfernung zu einem konventionellen Ultraschallsensor liegen, werden üblicherweise nicht als separate Objekte detektiert.
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Durch die Anpassung des Raumwinkels H, H` kann basierend auf mehreren Messzyklen mit unterschiedlichen Raumwinkeln V, H, V', H' eine Unterscheidung von mehreren nebeneinander positionierten Objekten' und somit auch eine Auflösung von Mehrdeutigkeiten realisiert werden.
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Das mindestens eine Ultraschallsensorarray 4 kann sowohl im Betrieb des Fahrzeugs 8 als auch im abgestellten bzw. deaktivierten Zustand des Fahrzeugs 8 durch das Steuergerät 6 angesteuert und betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015101266 A1 [0003]
- DE 102006004865 A1 [0004]
