DE102021214175A1

DE102021214175A1 - Ultraschallbasierte Messung von Umgebungstemperaturen

Info

Publication number: DE102021214175A1
Application number: DE102021214175.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schmid; Michael Schumann; Sebastian Olbrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur durch mindestens ein Ultraschallsensorarray, wobei das Ultraschallsensorarray mindestens zwei Wandlerelemente aufweist, die wahlweise als Sender oder als Empfänger durch ein Steuergerät ansteuerbar sind, wobei eine Laufzeitdifferenz zwischen einem erzeugten Schallimpuls und mindestens einem unmittelbar empfangenen Schallimpuls ermittelt wird, wobei basierend auf der ermittelten Laufzeitdifferenz eine Umgebungstemperatur berechnet wird. Des Weiteren sind ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur durch mindestens ein Ultraschallsensorarray. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Für die ultraschallbasierte Messung von Abständen ist die Kenntnis der Umgebungstemperatur, d.h. die Temperatur der das Fahrzeug umgebenden Luft, von großer Bedeutung, um ein präzises Messergebnis zu gewährleisten. Das Messen von Abständen erfolgt durch einen Ultraschallsensor nach dem Puls-Echo-Laufzeitverfahren. Die Laufzeit von Schallimpulsen wird mit Hilfe der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit bestimmt. Des Weiteren sind auch gemessene Echoamplituden von empfangenen Schallimpulsen von der Umgebungstemperatur abhängig.
Es sind konventionelle Lösungen zur Berücksichtigung der Umgebungstemperatur bekannt, bei welchen ein externer Außentemperaturfühler eingesetzt wird. Die Messergebnisse des Außentemperaturfühlers werden für die Korrektur von ultraschallbasiert gemessenen Abständen entsprechend der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit bzw. den Echoamplituden entsprechend der temperaturabhängigen Schallabsorption verwendet. Problematisch an dem Einsatz derartiger Außentemperaturfühler ist jedoch die unzureichende Auslegung dieser Sensoren, beispielsweise für Sicherheitsniveaus von ASIL-Level B oder höher. Darüber hinaus reagieren konventionelle Außentemperaturfühler träge und erfordern eine Bewegung des Fahrzeugs, um einen Wärmeeintrag durch benachbarte Komponenten zu vermeiden.
Die DE 10 2012 002 979 A1 offenbart eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ultraschallsensor, welcher eine Membran zum Aussenden von Ultraschallwellen und einen temperaturabhängigen Oszillator zum Erzeugen eines Oszillatorsignals zum Anregen der Membran aufweist.
In der JP-S6333681 A ist ein Ultraschallsensor offenbart, bei welchem die Ansteuersignale des Ultraschalloszillators als Reaktion auf die Temperatureigenschaften der Resonanzfrequenz des Oszillators geändert werden, sodass eine Temperaturkompensation erreicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum präzisen Messen der Umgebungstemperatur für Ultraschallmessungen vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur durch mindestens ein Ultraschallsensorarray bereitgestellt. Das Verfahren kann vorzugsweise durch ein oder mehrere Ultraschallsensorarrays in Verbindung mit einem Steuergerät, welches die Ultraschallsensorarrays ansteuert, ausgeführt werden.
Das Ultraschallsensorarray weist mindestens zwei Wandlerelemente auf, die wahlweise als Sender oder als Empfänger durch das Steuergerät ansteuerbar sind. Die Wandlerelemente können als Membranen oder als schwingbare Kolben oder als kombinierte Membran-Kolben-Anordnungen ausgestaltet sein, um Schallimpulse zu erzeugen und/oder zu empfangen.
In einem Schritt wird eine Laufzeitdifferenz zwischen einem erzeugten Schallimpuls und mindestens einem unmittelbar empfangenen Schallimpuls ermittelt. Basierend auf der ermittelten Laufzeitdifferenz wird eine Umgebungstemperatur berechnet. Der Schallimpuls wird unmittelbar bzw. direkt empfangen. Hierdurch erfolgt keine Interferenz oder Reflektion von Objekten. Ein sendendes Wandlerelement sendet einen Schallimpuls bzw. ein Direktecho direkt an ein empfangendes Wandlerelement.
Das mindestens eine Ultraschallsensorarray kann vorzugsweise in MEMS-Technologie hergestellt und beispielsweise als ein sogenannter piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT-Sensor) ausgestaltet sein.
Durch das Verfahren können die in fahrzeugseitigen Umfelderfassungssystemen in den Stoßfängern verbauten PMUT-Sensoren zur Messung der Umgebungstemperatur mitverwendet werden, indem die Laufzeit und/oder die Phasenwinkeldifferenz zwischen ausgesendetem Schallimpuls und empfangenem Direkt-Echos ausgewertet wird.
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. Das Steuergerät kann vorzugsweise Messdaten der einzelnen Wandlerelemente unabhängig voneinander ansteuern, um Schallimpulse zu erzeugen und Schallimpulse zu empfangen.
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.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Laufzeitdifferenz zwischen mindestens zwei Wandlerelementen eines Ultraschallsensorarrays oder zwischen Wandlerelementen von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays ermittelt wird. Hierdurch kann bereits ein Ultraschallsensorarray für die Temperaturmessung ausreichen. Sind mehrere Ultraschallsensorarrays im Fahrzeug verbaut, können die jeweiligen Abstände vergrößert und die Temperaturmessung präziser umgesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Umgebungstemperatur (T) durch die Formel: $T = 1,667 ° C \cdot (Δ d / m) / (Δ t / s) - 552,5 ° C$
berechnet. Dabei ist Δd als eine Schalllaufstrecke oder als ein Abstand zwischen einem sendenden Wandlerelement und einem empfangenden Wandlerelement und Δt als eine Laufzeitdifferenz definiert. Der Abstand ist vorzugsweise zwischen zwei Mittelpunkten von schallerzeugenden und schallempfangenden Strukturen, wie beispielsweise Mittelpunkt einer Membran ausgestaltet. Anhand der Formel kann die Umgebungstemperatur technisch einfach bestimmt werden. Hierzu ist lediglich die Kenntnis der Laufzeitdifferenz und der Schallaufstrecke der erzeugten Schallimpulse erforderlich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Laufzeitdifferenz zwischen mindestens zwei Wandlerelementen eines Ultraschallsensorarrays oder zwischen Wandlerelementen von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays basierend auf einer Phasenwinkeldifferenz ermittelt. Die elektronische Erfassung der Membranschwingungen oder der Kolbenschwingungen der Wandlerelemente im Ultraschallsensorarray und die digitale Signalverarbeitung der erfassten Impulspakete im Ultraschallsensorarray ist daraufhin ausgelegt, die Frequenz, Amplitude der Hüllkurve und Phasenlage der Impulspakete relativ zu einer Referenzschwingung zu messen. Hiermit ist es möglich, die Phasenwinkeldifferenz zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Impulspaket exakt zu messen. Die entsprechende elektronische Erfassung und die Signalverarbeitung kann durch das Steuergerät umgesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Laufzeitdifferenz basierend auf der ermittelten Phasenwinkeldifferenz (Δφ) durch die Formel: $Δ t = tp * Δφ / 2 π$
ermittelt, wobei tp als Periodendauer der Signalfrequenz der Schallimpulse und Δφ als Phasenwinkeldifferenz definiert ist. Somit kann basierend auf der durchgeführten Signalverarbeitung durch das Steuergerät die Phasenwinkeldifferenz und damit auch die Laufzeitdifferenz der Schallimpulse ermittelt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die Laufzeitdifferenz basierend auf einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen mindestens einem Sendesignal und mindestens einem Empfangssignal der Wandlerelemente ermittelt. Insbesondere wird die Kreuzkorrelationsfunktion maximal bei einem Vorliegen der Laufzeitdifferenz. Somit wird lediglich das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion berechnet, um die Laufzeitdifferenz zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Schalllaufstrecke zwischen einem einen Schallimpuls sendenden Wandlerelement und mindestens zwei benachbarten empfangenden Wandlerelementen zum Berechnen der Umgebungstemperatur in Verbindung mit der Laufzeitdifferenz ermittelt. Der vom sendenden Wandlerelement bzw. Membranelement erzeugte Schallimpuls wird von den empfangenden beiden Wandlerelementen zeitversetzt erfasst, da die Schalllaufstrecken verschieden lang sind. Die Laufzeitdifferenz wird auch hier durch Messung der relativen Phasenlage oder Korrelation der Signale ausgewertet, wie bereits oben beschrieben wurde. Die unterschiedlichen Schallaufstrecken können gemittelt für eine präzisere Berechnung der Umgebungstemperatur genutzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Schalllaufstrecke durch die Formel: $Δ d = sqrt (x^{2} + y^{2}) - x$
ermittelt, wobei x als ein Abstand zwischen einem ersten Wandlerelement und einem zweiten Wandlerelement und y als ein Abstand zwischen dem ersten Wandlerelement und einem dritten Wandlerelement definiert ist. Das dritte Wandlerelement kann vorzugsweise ein zum ersten Wandlerelement diagonal versetzt angeordnetes Wandlerelement sein, wodurch ein Unterschied in den Signallaufzeiten entsteht. Bei Ultraschallsensorarrays mit mehr als vier Wandlerelementen können über die Formel hinausgehende Zusammenhänge der Schallaufstrecke bei der Berechnung der Umgebungstemperatur verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Laufzeitdifferenz zwischen Wandlerelementen von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays ermittelt. Bevorzugterweise werden die Wandlerelemente der jeweiligen Ultraschallsensorarrays derart durch das Steuergerät angesteuert, dass eine Richtcharakteristik eines ersten Ultraschallsensorarrays auf ein zweites Ultraschallsensorarray und eine Richtcharakteristik des zweiten Ultraschallsensorarrays auf das erste Ultraschallsensorarray zumindest zeitweise eingestellt wird. Durch diese Maßnahme kann die einstellbare Abstrahlrichtung und Empfangsrichtung der Ultraschallsensorarray bzw. gezielte Steuerung der Schallkeulen gezielt zur Messung der Umgebungstemperatur genutzt werden. Beispielsweise kann hierzu eine phasenrichtige Addition der Empfangssignale benachbarter Membranelemente umgesetzt werden.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine perspektivische Darstellung auf ein Ultraschallsensorarray zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
2 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
3 eine Draufsicht auf ein Ultraschallsensorarray mit zwei Wandlerelementen,
4 eine Draufsicht auf ein Ultraschallsensorarray mit vier Wandlerelementen,
5 ein Vergleich zwischen einem gesendeten Schallimpuls und einem empfangenen Schallimpuls innerhalb eines Ultraschallsensorarrays,
6 ein Vergleich zwischen einem gesendeten Schallimpuls und zwei von unterschiedlichen Wandlerelementen empfangenen Schallimpulsen innerhalb eines Ultraschallsensorarrays,
7 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform und
8 ein Vergleich zwischen einem gesendeten Schallimpuls eines ersten Ultraschallsensorarrays und einem empfangenen Schallimpuls eines zweiten Ultraschallsensorarrays.

Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung auf ein Ultraschallsensorarray 2 zum Veranschaulichen eines Verfahrens 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Ultraschallsensorarray 2 ist als ein PMUT-Sensor ausgeführt und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Wandlerelemente 4, 4', 4'', 4''' auf.
Die Wandlerelemente 4, 4', 4'', 4''' sind als einzelne Membranelemente ausgeführt und können separat von einem Steuergerät 6 angesteuert werden, um Schallimpulse zu senden und/oder zu empfangen.
Die Wandlerelemente 4, 4', 4'', 4''' können unabhängig voneinander durch das Steuergerät 6 angesteuert werden und sind in einem gemeinsamen Gehäuse 8 positioniert. Ein viertes Wandlerelement 4''' ist beispielhaft nicht dargestellt, um den Aufbau des Gehäuses 8 zu veranschaulichen.
Insbesondere sind die Wandlerelemente 4, 4', 4'', 4''' bilden eine beispielhafte 2x2 Matrix im dargestellten Ausführungsbeispiel. Das Ultraschallsensorarray 2 kann vorzugsweise eine Matrix-Form von 2x1 bzw. 1x2 und größer aufweisen.
Ein Abstand x, y, z zwischen Mittelpunkten der Membranen der Wandlerelemente 4, 4', 4'', 4''' entspricht näherungsweise der halben Schallwellenlänge in Luft bei einer gewählten Schallfrequenz. Diese Abstände x, y, z sind in der 3 und der 4 veranschaulicht.
In der 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die weiteren 3 bis 8 verdeutlichen ebenfalls das Verfahren 1 und zeigen erfindungsgemäße Variationen des Verfahrens 1 auf.
Das Verfahren 1 dient zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur T mittels mindestens einem Ultraschallsensorarray 2. Wie bereits in 1 beschrieben weist das Ultraschallsensorarray 2 mindestens zwei Wandlerelemente 4 auf, die wahlweise als Sender TX oder als Empfänger RX durch das Steuergerät 6 ansteuerbar sind.
In einem Schritt wird durch mindestens ein Wandlerelement 4 ein Schallimpuls erzeugt 20. In einem weiteren Schritt 22 wird der erzeugte Schallimpuls direkt und ohne Reflektionen an Objekten von mindestens einem weiteren Wandlerelement 4' empfangen.
Anschließend wird eine Laufzeitdifferenz Δt zwischen einem erzeugten Schallimpuls und mindestens einem unmittelbar empfangenen Schallimpuls ermittelt 24.
Basierend auf der ermittelten Laufzeitdifferenz Δt wird in einem weiteren Schritt 26 eine Umgebungstemperatur T berechnet.
Der Begriff „unmittelbar“ beschreibt hier ein Direktecho, das sich auf direktem und kürzestem Weg zwischen Sendemembran und Empfangsmembran der Wandlerelemente 4 ausbreitet, ohne an einem Objekt reflektiert zu werden. Da sich das Schallsignal in der Umgebungsluft vor der Sensoroberfläche fortpflanzt, unterliegt es der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit. Somit kann bei bekannter Schalllaufstrecke Δd auf die Umgebungstemperatur T geschlossen werden.
In der 3 und der 4 sind beispielhafte Schalllaufstrecken Δd = x, y, z in einer Draufsicht auf Ultraschallsensorarrays 2 veranschaulicht.
Bei einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird eine Phasenwinkeldifferenz Δφ zwischen dem ausgesendeten Schallimpuls und dem auf einem benachbarten Wandlerelement empfangenen Schallimpuls gemessen. Der Abstand Δd=x zwischen der sendenden Wandlerelement 4, TX und dem empfangenden Wandlerelement 4, RX ist in 3 gezeigt. Aufgrund der endlichen Schallgeschwindigkeit c in Luft ergibt sich eine Zeitdifferenz Δt zwischen den beiden Schallimpulsen.
Die elektronische Erfassung der Membranschwingungen der Wandlerelemente 4 und die digitale Signalverarbeitung der erfassten Impulspakete Ultraschallsensorarray 2, beispielsweise durch das Steuergerät 6, ist daraufhin ausgelegt, die Frequenz, Amplitude der Hüllkurve und die Phasenlage der Impulspakete der Schallimpulse relativ zu einer Referenzschwingung zu messen. Hiermit ist es möglich, die Phasenwinkeldifferenz Δφ zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Impulspaket exakt zu messen.
Aus der Phasenwinkeldifferenz Δφ kann bei bekannter Signalfrequenz (und damit bekannter Periodendauer tp) die Zeitdifferenz Δt gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: $Δ t = tp \cdot Δ φ / 2 π$
In sind die ausgesendeten Schallimpulse TX und die empfangenen Schallimpulse RX beispielhaft als Schallimpulspakete in Form kurzer Bursts mit konstanter Schallfrequenz und einer Ein- und Ausschwingphase gezeichnet. Das Verfahren 1 ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt und kann auf beliebige Signalformen angewandt werden. Insbesondere mit längeren Festfrequenz-Paketen oder frequenzmodulierten Signalen, insbesondere Chirps, kann das Verfahren ebenfalls eingesetzt werden.
Bei der Verwendung von Chirps wird die Messung der Phasenwinkeldifferenz Δφ vorzugsweise durch eine Korrelation des Sendesignals mit dem Empfangssignal ersetzt. Das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion tritt bei der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt auf.
Bei bekanntem Abstand Δd zwischen dem sendenden und dem empfangenen Wandlerelement 4 kann gemäß dieser Gleichung auf die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit in Luft c geschlossen werden: $c = Δ d / Δ t$
Der Abstand Δd ist in dieser ersten Variante mit x gleichzusetzen.
Die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit c in Luft kann durch die folgende lineare Gleichung angenähert werden: $c = 331,5 m / s + 0,6 m / s \cdot ° C \cdot T$
Die Umgebungstemperatur T hat in dieser Gleichung die Einheit °C. Durch ein Gleichsetzen der letzten beiden Gleichungen ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen der Umgebungstemperatur T und der Laufzeitdifferenz Δt: $T = 1,667 ° C \cdot (Δ d / m) / (Δ t / s) - 552,5 ° C$
In einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung, die in der 4 verdeutlicht ist, wird im Ultraschallsensorarray 2 die Phasenwinkeldifferenz Δφ zwischen den empfangenen Schallimpulsen auf benachbarten Wandlerelementen 4, 4', 4''' bestimmt. Es ergeben sich somit beispielsweise zwei verschieden lange Schallaufstrecken x, y.
Der vom sendenden Wandlerelement 4", TX erzeugte Schallimpuls wird von den empfangenden beiden Wandlerelementen 4, RX1, 4", RX2 zeitversetzt erfasst, da die Schalllaufstrecken x und z verschieden lang sind. Die Laufzeitdifferenz Δt wird auch hier durch Messung der relativen Phasenlage oder Korrelation der Signale ausgewertet. Die Bestimmung der Laufzeitdifferenz Δt kann analog zur 5 auch in der 6 bei zwei empfangenden Wandlerelementen 4, 4' durchgeführt werden. Dabei wird die Laufzeitdifferenz Δt zwischen den empfangenden Wandlerelementen 4, 4' genutzt.
Zur Ermittlung der Umgebungstemperatur T kann die folgende Gleichung $T = 1,667 ° C \cdot (Δ d / m) / (Δ t / s) - 552,5 ° C$
erneut herangezogen werden, wenn für die Differenz der Schalllaufstrecke Δd diese Formel verwendet wird: $Δ d = sqrt (x 2 + y 2) - x$
Als Wert für die Variablen x und y ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Membranelemente der Wandlerelemente 4, 4', 4''' in den entsprechenden Richtungen einzusetzen.
Die 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10 mit einer Sensoranordnung zum Veranschaulichen des Verfahrens 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei wird eine beispielhafte dritte Ausgestaltung illustriert, die Anwendbar ist, wenn mindestens zwei einander benachbarte Ultraschallsensorarrays 2, beispielsweise am Fahrzeug 10, montiert sind. Die Ultraschallsensorarrays 2 zeigen hier annähernd in dieselbe Richtung.
Ein Teil der abgestrahlten Schallenergie wird über die Luft auf direktem Weg von einem ersten Ultraschallsensorarray 2 zu einem zweiten Ultraschallsensorarray 2' übermittelt. Der Übersicht halber ist ein erstes, sendendes, Ultraschallsensorarray 2, RX und ein zweites, empfangendes, Ultraschallsensorarray 2`, RX gezeigt. Die Ultraschallsensorarrays 2 sind im Heck des Fahrzeugs 10 angeordnet.
Unterstützt kann dieser Schallausbreitungspfad Δd durch eine gezielte Steuerung der Schallkeule zur entsprechenden Seite beim sendenden Ultraschallsensorarray 2 und durch Ausrichtung des empfangenden Ultraschallsensorarrays 2' durch digitales Beamforming zur anderen Seite, beispielsweise durch phasenrichtige Addition der Empfangssignale benachbarter Wandlerelemente 4 in den entsprechenden Ultraschallsensorarrays.
Zur Ermittlung der Schalllaufzeit Δt wird im Steuergerät 6 entweder das Zeitintervall Δt zwischen dem Aussenden und Empfangen des Schallimpulses gemessen (dafür eignen sich die Zeitpunkte, an denen die Hüllkurven der Schallimpulse im Sender RX bzw. Empfänger TX jeweils maximal sind, wie in 8 dargestellt, oder die Wellenformen der am sendenden Ultraschallsensorarray 2, TX und empfangenden Ultraschallsensorarray 2`, RX registrierten Schallsignale bzw. Schallimpulse werden miteinander korreliert, wie es schon in der ersten Ausgestaltung oben beschrieben und in den 5 und 6 illustriert wurde.
Die Umgebungstemperatur T ergibt sich dann aus dem Schalllaufzeit Δt und dem Abstand Δd zwischen den Ultraschallsensorarrays 2, 2' gemäß der folgenden Gleichung: $T = 1,667 ° C \cdot (Δ d / m) / (Δ t / s) - 552,5 ° C$
Die 8 veranschaulicht in einem Diagramm einen Zeitverlauf des gesendeten Schallimpulses des ersten bzw. sendenden Ultraschallsensorarrays 2 und einen empfangenen Schallimpuls eines zweiten bzw. empfangenden Ultraschallsensorarrays 2`.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012002979 A1 [0004]
JP 6333681 A [0005]

Claims

Verfahren (1) zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur (T) mittels mindestens einem Ultraschallsensorarray (2), wobei das Ultraschallsensorarray (2) mindestens zwei Wandlerelemente (4) aufweist, die wahlweise als Sender (TX) oder als Empfänger (RX) durch ein Steuergerät (6) ansteuerbar sind, wobei eine Laufzeitdifferenz (Δt) zwischen einem erzeugten Schallimpuls und mindestens einem unmittelbar empfangenen Schallimpuls ermittelt wird, wobei basierend auf der ermittelten Laufzeitdifferenz (Δt) eine Umgebungstemperatur (T) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laufzeitdifferenz (Δt) zwischen mindestens zwei Wandlerelementen (4) eines Ultraschallsensorarrays (2) oder zwischen Wandlerelementen (4) von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays (2, 2`) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umgebungstemperatur (T) durch die Formel: $T = 1,667 ° C \cdot (Δ d / m) / (Δ t / s) - 552,5 ° C$
, mit Δd als Schalllaufstrecke oder als Abstand zwischen einem sendenden Wandlerelement und einem empfangenden Wandlerelement und Δt als Laufzeitdifferenz (Δt).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Laufzeitdifferenz (Δt) zwischen mindestens zwei Wandlerelementen (4) eines Ultraschallsensorarrays (2) oder zwischen Wandlerelementen (4) von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays (2, 2`) basierend auf einer Phasenwinkeldifferenz (Δφ) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Laufzeitdifferenz (Δt) basierend auf der ermittelten Phasenwinkeldifferenz (Δφ) durch die Formel ermittelt wird: $Δ t = tp \cdot Δφ / 2 π$
, mit tp als Periodendauer der Signalfrequenz der Schallimpulse.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Laufzeitdifferenz (Δt) basierend auf einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen mindestens einem Sendesignal und mindestens einem Empfangssignal ermittelt wird, wobei ein Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Schalllaufstrecke (Δd) zwischen einem einen Schallimpuls sendenden Wandlerelement (4, TX) und mindestens zwei benachbarten empfangenden Wandlerelementen (4, RX1, RX2) zum Berechnen der Umgebungstemperatur (T) in Verbindung mit der Laufzeitdifferenz (Δt) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schalllaufstrecke (Δd) durch die Formel ermittelt wird: $Δ d = sqrt (x^{2} + y^{2}) - x$
, mit x als Abstand zwischen einem ersten Wandlerelement (4") und einem zweiten Wandlerelement (4) und y als Abstand zwischen dem ersten Wandlerelement (4") und einem dritten Wandlerelement (4`).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Laufzeitdifferenz (Δt) zwischen Wandlerelementen (4) von mindestens zwei Ultraschallsensorarrays (2, 2`) ermittelt wird, wobei die Wandlerelemente (4) der jeweiligen Ultraschallsensorarrays (2, 2`) derart durch das Steuergerät (6) angesteuert werden, dass eine Richtcharakteristik eines ersten Ultraschallsensorarrays (2) auf ein zweites Ultraschallsensorarray (2`) und eine Richtcharakteristik des zweiten Ultraschallsensorarrays (2`) auf das erste Ultraschallsensorarray (2) zumindest zeitweise eingestellt wird.
Steuergerät (6), wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, das Verfahren (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät (6) diesen veranlassen, das Verfahren (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gespeichert ist.