DE102022131308A1 - Multi-channel ultrasonic measuring unit and corresponding method and computer program product - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallmesseinheit, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend eine Kontrolleinheit und eine Auswerteeinheit, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, einen Ultraschallwandler anzusteuern zum abwechselnden Senden von Ultraschallsignalen auf unterschiedlichen Kanälen, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, aus den Ultraschallsignalen auf den Kanälen resultierende Echos zur Detektion zumindest eines die Echos verursachenden Objekts auszuwerten.The invention relates to an ultrasonic measuring unit, in particular for use in a vehicle, comprising a control unit and an evaluation unit, wherein the control unit is designed to control an ultrasonic transducer for alternately transmitting ultrasonic signals on different channels, wherein the evaluation unit is designed to evaluate echoes resulting from the ultrasonic signals on the channels for detecting at least one object causing the echoes.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallmesseinheit, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, ein Verfahren zum Betrieb einer Ultraschallmesseinheit und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The invention relates to an ultrasonic measuring unit, in particular for use in a vehicle, a method for operating an ultrasonic measuring unit and a corresponding computer program product.
Mit zunehmender Häufigkeit werden Kraftfahrzeuge mit Ultraschallsensoren ausgestattet, die typischerweise in die Karosserie integriert sind und den Fahrer bei der rechtzeitigen Erkennung von Hindernissen im Fahrweg des Kraftfahrzeugs, insbesondere in für den Fahrer schlecht einsehbaren Bereichen, sowie der Einschätzung der Entfernung von Hindernissen unterstützen sollen. Die Funktionsweise eines solchen Ultraschallsensors basiert auf dem Aussenden von Ultraschallsignalen und der Erkennung von Echos der gesendeten Ultraschallsignalen, die von eventuell im Erfassungsbereich des Sensors befindlichen Hindernissen ausgehen. Die hierzu erzeugten Ultraschallpulse können eine zeitlich konstante Frequenz aufweisen. Bekannt sind ferner Ansätze mit zeitlich variabler Frequenz („Chirp“) sowie mehreren voneinander getrennten Sende- und Empfangskanälen (z.B. durch Frequenzmultiplex).Motor vehicles are increasingly being equipped with ultrasonic sensors, which are typically integrated into the bodywork and are designed to help the driver to detect obstacles in the path of the motor vehicle in good time, particularly in areas that are difficult for the driver to see, and to estimate the distance of obstacles. The functionality of such an ultrasonic sensor is based on the transmission of ultrasonic signals and the detection of echoes of the transmitted ultrasonic signals that emanate from obstacles that may be in the sensor's detection range. The ultrasonic pulses generated for this purpose can have a temporally constant frequency. Approaches with temporally variable frequency ("chirp") and several separate transmission and reception channels (e.g. through frequency multiplexing) are also known.
Ultraschallsensoren werden heutzutage in verschiedensten Anwendungen eingesetzt, angefangen von Einparkhilfen bis hin zu Assistenzsystemen für tote Winkel („dead-spot detection“). Im Bereich des autonomen Fahrens in urbanen Umgebungen („Urban Driving“) sind Ultraschallsensoren bisher nur wenig eingesetzt. Grund dafür ist zum einen der Wunsch nach höher performanten Systemen gerade im teil- oder vollautomatisierten Fahren, aber auch die Limitierung der Reichweite in Kombination mit der durch die Schallgeschwindigkeit limitierte Abtastrate der Ultraschallsensoren.Ultrasonic sensors are used in a wide variety of applications today, from parking aids to assistance systems for blind spots (“dead-spot detection”). Ultrasonic sensors have so far been used very little in the field of autonomous driving in urban environments (“urban driving”). The reason for this is, on the one hand, the desire for higher-performance systems, especially in partially or fully automated driving, but also the limitation of the range in combination with the sampling rate of the ultrasonic sensors, which is limited by the speed of sound.
Die Schallgeschwindigkeit bestimmt maßgeblich die Reichweite und die Abtastrate eines Ultraschallsensors. Dabei sind heutzutage bereits Reichweiten von bis zu 10 m mit Ultraschallsensoren im Automobilbereich denkbar. Aufgrund der Schallgeschwindigkeit dauert eine solche Messung mit einem Ultraschallsensor bei Normalbedingungen bereits 60 ms. Im Optimalfall wären damit 16 Messungen pro Sekunde möglich. Werden nun mehrere Sensoren in einem System verwendet und mehrere Messschritte zur vollen Systemabdeckung benötigt, fällt die Messrate für das Komplettsystem typischerweise auf 5 - 8 Aktualisierungen pro Sekunde. Eine solche geringe Aktualisierungsrate hat signifikante negative Folgen für die Objektdetektion aber insbesondere auch für die Nachverfolgung von Objekten, weshalb diese heutzutage nicht anwendbar ist.The speed of sound largely determines the range and sampling rate of an ultrasonic sensor. Today, ranges of up to 10 m are already conceivable with ultrasonic sensors in the automotive sector. Due to the speed of sound, such a measurement with an ultrasonic sensor takes 60 ms under normal conditions. In the best case, this would allow 16 measurements per second. If several sensors are used in a system and several measurement steps are required to fully cover the system, the measurement rate for the complete system typically falls to 5 - 8 updates per second. Such a low update rate has significant negative consequences for object detection and, in particular, for object tracking, which is why it is not applicable today.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ultraschallmesseinheit mit einem entsprechenden Verfahren und Computerprogrammprodukt bereitzustellen. Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The invention is based on the object of providing an improved ultrasonic measuring unit with a corresponding method and computer program product. The objects underlying the invention are solved by the features of the independent patent claims. Embodiments are specified in the dependent patent claims.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Ultraschallmesseinheit vorgesehen, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, die eine Kontrolleinheit und eine Auswerteeinheit umfasst, wobei
- - die Kontrolleinheit ausgebildet ist, einen Ultraschallwandler anzusteuern zum abwechselnden Senden von Ultraschallsignalen auf unterschiedlichen Kanälen,
- - die Auswerteeinheit ausgebildet ist, aus den Ultraschallsignalen auf den Kanälen resultierende Echos zur Detektion zumindest eines die Echos verursachenden Objekts auszuwerten.
- - the control unit is designed to control an ultrasonic transducer for alternately transmitting ultrasonic signals on different channels,
- - the evaluation unit is designed to evaluate echoes resulting from the ultrasonic signals on the channels in order to detect at least one object causing the echoes.
Erfindungsgemäß sendet die Ultraschallmesseinheit Ultraschallsignale, wie beispielsweise Ultraschallpulse, abwechselnd auf zwei oder mehr verschiedenen Kanälen. Dabei bezeichnet der Begriff „Kanal“ jede Eigenschaft eines Ultraschallsignals, anhand der die Auswerteeinheit ein Echo eines ersten Ultraschallsignals, das auf einem ersten der zwei oder mehr verschiedenen Kanäle gesendet wurde, von einem Echo eines zweiten Ultraschallsignals unterscheiden kann, das auf einem anderen, zweiten der zwei oder mehr verschiedenen Kanäle gesendet wurde. Ohne Einschränkung könnte eine solche, einen Kanal definierende Eigenschaft eine charakteristische Frequenz, ein charakteristisches Frequenzspektrum, einen charakteristischen zeitlichen Frequenzverlauf, eine charakteristische Amplitude und / oder einen charakteristischen Phasenwinkel zu Beginn des Sendevorgangs des jeweiligen Ultraschallsignals umfassen.According to the invention, the ultrasonic measuring unit transmits ultrasonic signals, such as ultrasonic pulses, alternately on two or more different channels. The term "channel" refers to any property of an ultrasonic signal by means of which the evaluation unit can distinguish an echo of a first ultrasonic signal that was transmitted on a first of the two or more different channels from an echo of a second ultrasonic signal that was transmitted on a different, second of the two or more different channels. Without limitation, such a property defining a channel could include a characteristic frequency, a characteristic frequency spectrum, a characteristic temporal frequency curve, a characteristic amplitude and/or a characteristic phase angle at the beginning of the transmission process of the respective ultrasonic signal.
Die Ultraschallmesseinheit könnte einen oder mehrere Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen nutzen. Es könnten mehrere Ultraschallwandler zum Senden von Ultraschallsignalen verwendet werden, wobei jedoch auf jedem zum Senden verwendeten Ultraschallwandler wenigstens zwei Ultraschallsignale abwechselnd auf verschiedenen Kanälen gesendet werden. Beispielsweise könnten die sendenden Ultraschallwandler spezifisch für die implementierten zwei oder mehr Kanäle ausgebildet sein. Das Nutzen desselben Ultraschallwandlers zum Senden auf verschiedenen Kanälen könnte es ermöglichen, eine sehr effiziente Hinderniserkennung bei minimalem technischem Aufwand und Materialeinsatz zu realisieren. Die Hinderniserkennung ist dabei mit einer hohen Abtastrate möglich.The ultrasonic measuring unit could use one or more ultrasonic transducers for sending and receiving. Several ultrasonic transducers could be used to send ultrasonic signals, but at least two ultrasonic signals are sent alternately on different channels on each ultrasonic transducer used for sending. For example, the transmitting ultrasonic transducers could be designed specifically for the two or more channels implemented. Using the same ultrasonic transducer for sending on different channels could make it possible to achieve very efficient obstacle detection with minimal technical effort and material use. Obstacle detection is possible with a high sampling rate.
Grundsätzlich können manche oder alle von der Auswerteeinheit zu verarbeitenden Echos von demselben Ultraschallwandler empfangen werden, über den das jeweilige Ursprungssignal der Echos gesendet wurde. Dies könnte ebenfalls den für die Anwendung von Mehrkanal-Ultraschall zur Hinderniserkennung erforderlichen technischen Aufwand und Materialeinsatz verringern. Es könnten jedoch genauso gut ein oder mehrere weitere Ultraschallwandler zum Empfangen eines Echos eines Ultraschallsignals verwendet werden, das von einem sendenden Ultraschallwandler gesendet wurde. Vorzugsweise können manche oder alle der Ultraschallwandler auf allen implementierten Kanälen senden und empfangen. Es könnte aber alternativ auf eine Aufteilung der verfügbaren Ultraschallsensoren vorgenommen werden in solche, die nur auf einem Teil der Kanäle senden und / oder empfangen, und solche, die nur auf einem anderen Teil der Kanäle senden und / oder empfangen. Insbesondere könnte jeder der empfangenden Ultraschallwandler einem oder mehreren der Kanäle zugeordnet sein bzw. zum Empfangen auf einem oder mehreren der Kanäle ausgebildet sein. Für einen oder mehrere der Kanäle spezifische Ultraschallwandler könnten sich voneinander baulich unterscheiden, um die für die je Ultraschallwandler implementierten Kanäle spezifischen Anforderungen jeweils besser erfüllen zu können. Beispielsweise könnten den Kanälen verschiedene Frequenzbereiche entsprechen, und die auf verschiedenen Frequenzbereichen arbeitenden Ultraschallwandler könnten dementsprechend für einen maximalen Wirkungsgrad zum Wandeln im jeweiligen Frequenzbereich optimiert sein.In principle, some or all of the echoes to be processed by the evaluation unit can be received by the same ultrasonic transducer through which the respective original signal of the echoes was sent. This could also reduce the technical effort and material required for the application of multi-channel ultrasound for obstacle detection. However, one or more additional ultrasonic transducers could just as easily be used to receive an echo of an ultrasonic signal that was sent by a transmitting ultrasonic transducer. Preferably, some or all of the ultrasonic transducers can transmit and receive on all implemented channels. Alternatively, the available ultrasonic sensors could be divided into those that only transmit and/or receive on some of the channels and those that only transmit and/or receive on another part of the channels. In particular, each of the receiving ultrasonic transducers could be assigned to one or more of the channels or be designed to receive on one or more of the channels. Ultrasonic transducers specific to one or more of the channels could be structurally different from one another in order to better meet the specific requirements for the channels implemented for each ultrasonic transducer. For example, the channels could correspond to different frequency ranges, and the ultrasonic transducers operating on different frequency ranges could be optimized accordingly for maximum efficiency for converting in the respective frequency range.
Es könnten auch Ultraschallwandler zum Einsatz kommen, die spezifisch zum Senden von Ultraschallsignalen bzw. spezifisch zum Empfangen von Echos mit im Vergleich zu den Echos zugrundeliegenden ursprünglichen Ultraschallsignalen kleinerer Amplitude ausgebildet sind. Sende- und Empfangswandler können sich baulich voneinander unterscheiden, um die spezifischen Anforderungen des Sendens und Empfangens jeweils für sich besser zu erfüllen. Beispielsweise könnte ein sendender Ultraschallwandler ausgebildet sein, die Ultraschallsignale mit großer Amplitude möglichst verzerrungsfrei darzustellen, während ein empfangender Ultraschallwandler ausgebildet sein könnte, die Echos der Ultraschallsignale mit möglichst hoher Empfindlichkeit rauscharm zu detektieren.Ultrasonic transducers could also be used that are specifically designed to transmit ultrasonic signals or specifically to receive echoes with a smaller amplitude than the original ultrasonic signals underlying the echoes. Transmitting and receiving transducers can be structurally different from one another in order to better meet the specific requirements of transmitting and receiving. For example, a transmitting ultrasonic transducer could be designed to represent ultrasonic signals with a large amplitude with as little distortion as possible, while a receiving ultrasonic transducer could be designed to detect the echoes of the ultrasonic signals with as much sensitivity and as little noise as possible.
Die Kontrolleinheit und die Auswerteeinheit könnten als verschiedene, signaltechnisch voneinander unabhängig arbeitende Einheiten oder Baugruppen implementiert sein. Alternativ könnten die Kontrolleinheit und die Auswerteeinheit in dieselbe Baugruppe oder Einheit integriert sein. Beispielsweise könnten die Kontrolleinheit und die Auswerteeinheit mittels analoger oder digitaler Elektronik realisiert werden, insbesondere in Form von einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen. Die Kontrolleinheit und die Auswerteeinheit könnten auch als Softwaremodule implementiert sein, die auf einem generischen oder spezialisierten Prozessor, insbesondere einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), ausgeführt werden. Zwischen der Kontrolleinheit und der Auswerteeinheit können ein oder mehrere Kommunikationskanäle implementiert sein, die eine Übertragung von Signalen zwischen den beiden besagten Einheiten ermöglichen, die über das Senden von Ultraschallsignalen und das Empfangen von Echos dieser gesendeten Ultraschallsignale hinausgeht.The control unit and the evaluation unit could be implemented as different units or assemblies that operate independently of one another in terms of signal technology. Alternatively, the control unit and the evaluation unit could be integrated into the same assembly or unit. For example, the control unit and the evaluation unit could be realized by means of analog or digital electronics, in particular in the form of one or more integrated circuits. The control unit and the evaluation unit could also be implemented as software modules that run on a generic or specialized processor, in particular a central processing unit (CPU). One or more communication channels can be implemented between the control unit and the evaluation unit, which enable a transmission of signals between the two said units that goes beyond the transmission of ultrasonic signals and the reception of echoes of these transmitted ultrasonic signals.
Vorzugsweise steuert die Kontrolleinheit einen Ultraschallwandler, indem sie ein elektrisches Signal ausgibt. Der Ultraschallwandler könnte dann zum Wandeln zwischen elektrischer Energie und mechanischen Vibrationen ausgebildet sein. Beispielsweise könnte ein Ultraschallwandler eine Membran aufweisen, die zum Senden eines Ultraschallsignals von einem Piezoelement angeregt wird bzw. beim Empfangen eines Ultraschallsignals in akustische Schwingungen versetzt wird und diese auf das Piezoelement überträgt. Das einem empfangenen Ultraschallsignal entsprechende, von dem Piezoelement ausgegebene elektrische Signal könnte dann die Auswerteeinheit empfangen und auswerten.The control unit preferably controls an ultrasonic transducer by outputting an electrical signal. The ultrasonic transducer could then be designed to convert between electrical energy and mechanical vibrations. For example, an ultrasonic transducer could have a membrane that is excited by a piezo element to send an ultrasonic signal or that is set into acoustic vibrations when an ultrasonic signal is received and transmits these to the piezo element. The electrical signal corresponding to a received ultrasonic signal and output by the piezo element could then be received and evaluated by the evaluation unit.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung und Auswertung in einem Messzyklus, wobei der Messzyklus zyklisch wiederholend durchgeführt wird. Insbesondere könnte dadurch eine Veränderung des Abstands zwischen dem sendenden Ultraschallwandler und einem Hindernis erkennbar werden. Wie die nachstehenden Erläuterungen genauer zeigen, könnte dabei das abwechselnde Senden von Ultraschallsignalen auf verschiedenen Kanälen nicht nur die Erkennungsrate für Hindernisse effektiv erhöhen, sondern insbesondere auch eine Vermessung mehrerer Entfernungsbereiche (z.B. eines Nahbereichs bis 5 m und eines Fernbereichs von 5 bis 10 m) quasi gleichzeitig mit einer für den Nahbereich hohen bzw. optimierten Abtastrate ermöglichen. Insbesondere könnte eine zyklische Wiederholung des Messzyklus ermöglichen, Echos von Ultraschallsignalen zu empfangen, die in einem früheren Messzyklus gesendet wurden. Auf diese Weise ist z.B. eine kontinuierliche Detektion von Hindernissen innerhalb des Erfassungsbereichs mit hoher Abtastrate, möglich.According to one embodiment, the control and evaluation takes place in a measuring cycle, with the measuring cycle being carried out cyclically. In particular, this could make it possible to detect a change in the distance between the transmitting ultrasonic transducer and an obstacle. As the explanations below show in more detail, the alternating transmission of ultrasonic signals on different channels could not only effectively increase the detection rate for obstacles, but in particular also enable the measurement of several distance ranges (e.g. a close range of up to 5 m and a long range of 5 to 10 m) almost simultaneously with a high or optimized sampling rate for the close range. In particular, a cyclical repetition of the measuring cycle could make it possible to receive echoes of ultrasonic signals that were sent in an earlier measuring cycle. In this way, for example, continuous detection of obstacles within the detection range with a high sampling rate is possible.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen innerhalb des Messzyklus die Ultraschallsignale zumindest ein erstes Ultraschallsignal auf einem ersten Kanal und ein zweites Ultraschallsignal auf einem zweiten Kanal. Die Ultraschallmesseinheit wird also zunächst ein erstes Ultraschallsignal auf einem ersten Kanal aussenden. Im Anschluss daran kann die Ultraschallmesseinheit während eines vorgegebenen ersten Empfangszeitraums Echos empfangen, die von dem ersten Ultraschallsignal stammen. Aufgrund der unmittelbaren zeitlichen Nähe zum Senden des ersten Ultraschallsignals stammen die in diesem ersten Empfangszeitraum eingegangenen Echos von einer Hindernisreflektion aus einem „Nahbereich“ relativ zu dem Ultraschallwandler.According to one embodiment, within the measuring cycle, the ultrasonic signals comprise at least a first ultrasonic signal on a first channel and a second ultrasonic signal on a second channel. The ultrasonic measuring unit will therefore initially emit a first ultrasonic signal on a first channel. Following this, the Ultrasonic measuring unit receives echoes originating from the first ultrasonic signal during a predetermined first reception period. Due to the immediate temporal proximity to the transmission of the first ultrasonic signal, the echoes received in this first reception period originate from an obstacle reflection from a "close range" relative to the ultrasonic transducer.
Im Anschluss an den ersten Empfangszeitraum, jedoch noch immer im selben Messzyklus, wird die Ultraschallmesseinheit ein zweites Ultraschallsignal auf einem zweiten Kanal aussenden. Der zweite Kanal ist dabei von dem ersten Kanal verschieden. Im Anschluss daran kann die Ultraschallmesseinheit während eines vorgegebenen zweiten Empfangszeitraums Echos des zweiten Ultraschallsignals empfangen, die wieder aus dem Nahbereich stammen, jedoch auf dem zweiten Kanal eingehen.Following the first reception period, but still in the same measurement cycle, the ultrasonic measuring unit will transmit a second ultrasonic signal on a second channel. The second channel is different from the first channel. Following this, the ultrasonic measuring unit can receive echoes of the second ultrasonic signal during a predetermined second reception period, which again originate from the near area but are received on the second channel.
Gemäß einer Ausführungsform berücksichtigt die Auswertung zwischen dem Senden der beiden Ultraschallsignale zumindest auf dem ersten Kanal resultierende Echos und berücksichtigt die Auswertung nach dem Senden des zweiten Ultraschallsignals auf dem ersten und dem zweiten Kanal resultierende Echos. Innerhalb des zweiten Empfangszeitraums kann also die Ultraschallmesseinheit zusätzlich Echos des zuvor auf dem ersten Kanal gesendeten ersten Ultraschallsignals auf dem ersten Kanal empfangen. Da sich die im zweiten Empfangszeitraum empfangenen Echos bereits über die Dauer des ersten Empfangszeitraums und die Dauer des Sendens des zweiten Ultraschallsignals ausgebreitet haben, geben diese Auskunft über Hindernisse, die das erste Ultraschallsignal aus einer dieser längeren Ausbreitungsdauer entsprechenden größeren Entfernung an einen mit der Ultraschallmesseinheit verbundenen Ultraschallwandler zurückstreuen.According to one embodiment, the evaluation takes into account echoes resulting at least on the first channel between the transmission of the two ultrasonic signals, and the evaluation takes into account echoes resulting on the first and second channels after the transmission of the second ultrasonic signal. Within the second reception period, the ultrasonic measuring unit can therefore additionally receive echoes of the first ultrasonic signal previously transmitted on the first channel on the first channel. Since the echoes received in the second reception period have already propagated over the duration of the first reception period and the duration of the transmission of the second ultrasonic signal, they provide information about obstacles that scatter the first ultrasonic signal back to an ultrasonic transducer connected to the ultrasonic measuring unit from a greater distance corresponding to this longer propagation period.
Betrachtet man somit den gesamten Messzyklus, ist unter Verwendung des einzelnen sendenden Ultraschallwandlers innerhalb des Messzyklus eine Detektion von Hindernissen im Nahbereich und im Fernbereich möglich, wobei z.B. die Abtastrate im Nahbereich doppelt so hoch ist wie für den Fernbereich. Auf diese Weise kann ohne Einschränkung der Wiederholrate im zweiten Empfangszeitraum zusätzlich zu den beiden Messungen im Nahbereich auch eine Messung in einem Fernbereich durchgeführt werden.If we consider the entire measurement cycle, it is possible to detect obstacles in the near and far range using the individual transmitting ultrasonic transducer within the measurement cycle, whereby the sampling rate in the near range is twice as high as for the far range, for example. In this way, in addition to the two measurements in the near range, a measurement in a far range can also be carried out in the second reception period without limiting the repetition rate.
Z.B. ist die Ultraschallmesseinheit zum gleichzeitigen Empfangen von Echos von Ultraschallsignalen auf mindestens zwei Kanälen (den oben erwähnten Kanälen) ausgebildet, wobei zwischen zwei Messungen möglichst keine Pause vorhanden ist und die Messzeitpunkte genau bekannt sind. Insbesondere könnte es von Vorteil sein, wenn die Kanäle eine geringe „Kopplung“ aufweisen, also wenn das Senden des zweiten Ultraschallsignals auf dem zweiten Kanal das Empfangen von Echos auf dem ersten Kanal nicht beeinflusst. In diesem Fall könnte die Ultraschallmesseinheit auch während des Sendens des zweiten Ultraschallsignals das Empfangen von Echos des ersten Ultraschallsignals auf dem ersten Kanal fortsetzen, sodass keine „blinder Bereich“ zwischen den Echos aus dem Nahbereich und den Echos aus dem Fernbereich besteht. Ein solcher blinder Bereich würde einem räumlichen Bereich entsprechen, in welchem kein Hindernis detektiert werden kann („blind spot“).For example, the ultrasonic measuring unit is designed to simultaneously receive echoes of ultrasonic signals on at least two channels (the channels mentioned above), with as little pause as possible between two measurements and the measurement times being known precisely. In particular, it could be advantageous if the channels have a low "coupling", i.e. if the transmission of the second ultrasonic signal on the second channel does not affect the reception of echoes on the first channel. In this case, the ultrasonic measuring unit could continue to receive echoes of the first ultrasonic signal on the first channel even while the second ultrasonic signal is being transmitted, so that there is no "blind area" between the echoes from the near range and the echoes from the far range. Such a blind area would correspond to a spatial area in which no obstacle can be detected ("blind spot").
Das vorstehende Beispiel illustriert Grundgedanken der Erfindung anhand von Ultraschallsignalen, die auf zwei Kanälen gesendet und empfangen werden. Selbstverständlich könnte die Ultraschallmesseinheit jedoch auch mehr als zwei Ultraschallsignale auf mehr als zwei unterschiedlichen Kanälen senden. Sie könnte auch zum Empfangen Echos der auf den Kanälen gesendeten Ultraschallsignalen ausgebildet sein. Auf diese Weise könnte der räumliche Erfassungsbereich des Ultraschallmesseinheit in mehr als zwei Entfernungsbereiche unterteilt werden. Bei einer Drei-Kanal-Ultraschallmesseinheit könnte es beispielsweise zunächst einen Nahbereich geben, aus dem innerhalb eines einzelnen Messzyklus Echos der Ultraschallsignale auf allen drei Kanälen empfangen werden. Weiter kann es einen mittleren Entfernungsbereich geben, aus dem innerhalb desselben Messzyklus Echos auf den ersten beiden Kanälen empfangen werden. Schließlich kann es in diesem Fall noch einen Fernbereich geben, aus dem innerhalb desselben Messzyklus nur Echos des am frühesten gesendeten ersten Ultraschallsignals auf dem ersten Kanal empfangen werden. Das Konzept lässt sich ohne Weiteres auf beliebige andere Anzahlen von Kanälen je Messzyklus übertragen.The above example illustrates basic ideas of the invention using ultrasonic signals that are sent and received on two channels. Of course, the ultrasonic measuring unit could also send more than two ultrasonic signals on more than two different channels. It could also be designed to receive echoes of the ultrasonic signals sent on the channels. In this way, the spatial detection range of the ultrasonic measuring unit could be divided into more than two distance ranges. In a three-channel ultrasonic measuring unit, for example, there could initially be a close range from which echoes of the ultrasonic signals are received on all three channels within a single measuring cycle. There can also be a medium distance range from which echoes are received on the first two channels within the same measuring cycle. Finally, in this case there can also be a long range from which only echoes of the first ultrasonic signal sent earliest are received on the first channel within the same measuring cycle. The concept can easily be transferred to any other number of channels per measuring cycle.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine maximale räumliche Messentfernung für die Ultraschallmesseinheit definiert, wobei die Länge des Messzyklus so festgelegt ist, dass ein aus dem ersten Ultraschallsignal resultierendes Echo, welches durch eine Reflektion von einem in der maximalen Messentfernung befindlichen Objekt hervorgerufen wird, innerhalb des Messzyklus detektiert werden kann. Bei der maximalen räumlichen Messentfernung (hierin auch als Reichweite bezeichnet) handelt es sich um die maximale Entfernung, innerhalb derer sich ein detektierbares Hindernis befinden kann. Ein von diesem weitesten Hindernis resultierendes Echo ist somit während des Messzyklus detektierbar. Es resultiert von dem am frühesten gesendeten Ultraschallsignal während dieses Messzyklus.According to one embodiment, a maximum spatial measuring distance is defined for the ultrasonic measuring unit, wherein the length of the measuring cycle is set such that an echo resulting from the first ultrasonic signal, which is caused by a reflection from an object located at the maximum measuring distance, can be detected within the measuring cycle. The maximum spatial measuring distance (also referred to herein as range) is the maximum distance within which a detectable obstacle can be located. An echo resulting from this furthest obstacle is thus detectable during the measuring cycle. It results from the earliest transmitted ultrasonic signal during this measuring cycle.
Ein von einem Ultraschallwandler gesendetes Ultraschallsignal breitet sich mit einer Schallgeschwindigkeit von typisch c ≈ 343 m/s aus. Innerhalb einer Zeit t legt das Ultraschallsignal den Weg x = ct zurück. Für ein in einer Entfernung L befindliches Hindernis ergibt sich daraus eine Laufzeit des Ultraschallsignals von Δt = 2L/c zwischen dem Senden des Ultraschallsignals und dem Erfassen des Echos aus der Entfernung L. Für eine Zyklusdauer T erhält man somit eine maximale räumliche Messentfernung von Lmax = cT/2. Ist z.B. eine Reichweite von 10 m gewünscht, so erfordert dies innerhalb einer Toleranz von z.B. 5% eine Zyklusdauer von 60 ms.An ultrasonic signal transmitted by an ultrasonic transducer propagates at a speed of sound of typically c ≈ 343 m/s. Within The ultrasonic signal travels a distance x = ct over a time t. For an obstacle at a distance L, this results in a transit time of the ultrasonic signal of Δt = 2L/c between the transmission of the ultrasonic signal and the detection of the echo from the distance L. For a cycle duration T, this gives a maximum spatial measuring distance of L max = cT/2. If, for example, a range of 10 m is required, this requires a cycle duration of 60 ms within a tolerance of, for example, 5%.
Bei einem abwechselnden Senden auf N Kanälen teilt sich die Zyklusdauer in T/N Teilintervalle auf, in denen jeweils ein Sendezeitraum zum Senden auf einem der N Kanäle sowie ein Empfangszeitraum zum Empfangen von Echos liegen. Durch die in einem zweiten oder späteren Teilintervall eintreffenden Echos von Ultraschallsignalen, die in einem vorhergehenden Teilintervall gesendet wurden, könnte sich im Vergleich zu einer Einkanal-Ultraschallmesseinheit mit einer Zyklusdauer T1K = T2KN für die hierin offenbarte Mehrkanal-Ultraschallmesseinheit eine größere Reichweite ergeben (z.B. eine doppelte Reichweite bei Verwendung von zwei Kanälen), ohne Einschränkungen in der Messrate für den Nahbereich befürchten zu müssen.With alternating transmission on N channels, the cycle duration is divided into T/N sub-intervals, each of which contains a transmission period for transmission on one of the N channels and a reception period for receiving echoes. The echoes of ultrasonic signals that were transmitted in a previous sub-interval arriving in a second or later sub-interval could result in a greater range for the multi-channel ultrasonic measuring unit disclosed here compared to a single-channel ultrasonic measuring unit with a cycle duration T 1K = T 2K N (eg twice the range when using two channels), without having to worry about limitations in the measurement rate for the short range.
Es ist anzumerken, dass die hierin offenbarte Mehrkanal-Ultraschallmesseinheit im Vergleich zu einer Einkanal-Ultraschallmesseinheit mit derselben Zyklusdauer T1K = T2K näher gelegene Abschnitte (Entfernungsbereiche) des durch die Reichweite definierten Erfassungsbereichs, also z.B. den Nahbereich, mit einer höheren Abtastrate überwachen könnte als weiter entfernte Abschnitte (Entfernungsbereiche) des Erfassungsbereichs (z.B. den Fernbereich). Dies liegt darin begründet, dass die Ultraschallmesseinheit nicht bis zum Beginn eines neuen Messzyklus zu warten braucht, bis ein neues Ultraschallsignal ausgesendet wird, das eine Überwachung des Nahbereichs erlaubt. Stattdessen kann sie die Laufzeit der Echos aus den weiter entfernten Entfernungsbereichen zum Senden von Ultraschallsignalen auf anderen Kanälen nutzen, um eine höherfrequente Überwachung des Nahbereichs zu erreichen. It should be noted that the multi-channel ultrasonic measuring unit disclosed herein could monitor closer sections (distance ranges) of the detection range defined by the range, e.g. the near range, at a higher sampling rate than more distant sections (distance ranges) of the detection range (e.g. the far range), compared to a single-channel ultrasonic measuring unit with the same cycle duration T 1K = T 2K. This is because the ultrasonic measuring unit does not have to wait until the start of a new measurement cycle until a new ultrasonic signal is emitted that allows monitoring of the near range. Instead, it can use the travel time of the echoes from the more distant distance ranges to transmit ultrasonic signals on other channels in order to achieve higher frequency monitoring of the near range.
Für das hierin ohne Einschränkung zur Vereinfachung der Darstellung bevorzugt verwendete Beispiel einer Zweikanal-Ultraschallmesseinheit bedeutet dies, dass sowohl Objekte im Nahbereich erkannt werden können, als auch Objekte im Fernbereich frühzeitig identifiziert werden können. Daraus könnten sich Anwendungsmöglichkeiten insbesondere im urbanen Bereich ergeben. Beispielsweise könnte die Ultraschallmesseinheit in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, um zu ermitteln, ob eine Abbiegespur belegt ist oder nicht. Die größere Reichweite der Ultraschallmesseinheit könnte diese Funktion sogar dann ermöglichen, wenn diese Abbiegespur mehr als eine Spur von der aktuell befahrenen Spur entfernt ist. Gerade für den Nahbereich wird eine hohe Abtastrate, wie sie die Erfindung ermöglicht, besonders relevant sein. Hier können sich zeitlich kurzfristige Abstandsänderungen zu einem Hindernis mit größerem Risiko auswirken als für den Fernbereich.For the example of a two-channel ultrasonic measuring unit, which is preferred here without restriction to simplify the illustration, this means that objects in the close range can be detected and objects in the far range can be identified at an early stage. This could result in possible applications, particularly in urban areas. For example, the ultrasonic measuring unit could be used in a motor vehicle to determine whether a turning lane is occupied or not. The greater range of the ultrasonic measuring unit could enable this function even if this turning lane is more than one lane away from the lane currently being used. A high sampling rate, such as that made possible by the invention, will be particularly relevant for the close range. Here, short-term changes in distance to an obstacle can have a greater risk than for the far range.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, innerhalb des Messzyklus aus den Ultraschallsignalen ständig auf allen Kanälen resultierende Echos auszuwerten. Auf diese Weise könnte die Auswerteeinheit in einer Wiederholung des Messzyklus auf einem gegebenen Kanal zu jedem Zeitpunkt, insbesondere aber auch in einem „frühen“ Empfangszeitraum Echos (stammend aus dem vorigen Messzyklus) auswerten. Auf diese Weise könnte ein weiter entfernter Entfernungsbereich innerhalb der Reichweite der Ultraschallmesseinheit kontinuierlich mit derselben Messrate überwacht werden wie ein näher am sendenden Ultraschallwandler liegender Entfernungsbereich. Die Laufzeit des vor einem erneuten Senden auf dem gegebenen Kanal empfangenen Echos lässt sich bei Kenntnis des Sendeschemas (d.h. in welchem Teilintervall eines gegebenen Messzyklus auf welchem Kanal gesendet wird) aus dem Empfangszeitpunkt und der Charakteristik des Kanals, auf dem das Echo empfangen wurde, rekonstruieren.According to one embodiment, the evaluation unit is designed to constantly evaluate echoes resulting from the ultrasonic signals on all channels within the measurement cycle. In this way, the evaluation unit could evaluate echoes (originating from the previous measurement cycle) on a given channel at any time during a repetition of the measurement cycle, but in particular also in an "early" reception period. In this way, a more distant distance range within the range of the ultrasonic measuring unit could be continuously monitored at the same measurement rate as a distance range closer to the transmitting ultrasonic transducer. The transit time of the echo received before a new transmission on the given channel can be reconstructed from the reception time and the characteristics of the channel on which the echo was received if the transmission pattern is known (i.e. in which subinterval of a given measurement cycle which channel is transmitted).
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, die Echos von demselben Ultraschallwandler zu empfangen, von welchem die Ultraschallsignale gesendet wurden. Gegenüber einer Ultraschallmesseinheit mit verschiedenen Wandlern zum Senden und Empfangen könnte es folglich genügen, die Ultraschallmesseinheit mit einem einzelnen Ultraschallwandler auszustatten. Hierdurch könnte ein einfacherer Aufbau der Ultraschallmesseinheit mit einem geringeren Materialeinsatz erzielt werden.According to one embodiment, the evaluation unit is designed to receive the echoes from the same ultrasonic transducer from which the ultrasonic signals were sent. Compared to an ultrasonic measuring unit with different transducers for sending and receiving, it might therefore be sufficient to equip the ultrasonic measuring unit with a single ultrasonic transducer. This could result in a simpler structure of the ultrasonic measuring unit with less material being used.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die unterschiedlichen Kanäle zumindest drei Kanäle, wobei innerhalb des Messzyklus das Senden der aufeinanderfolgenden Ultraschallsignale mit unterschiedlichem zeitlichem Abstand erfolgt, wobei der unterschiedliche zeitliche Abstand für die zyklisch wiederholende Durchführung des Messzyklus konstant ist. Innerhalb eines gegebenen ersten Messzyklus werden auf einem ersten Paar von Kanälen aufeinanderfolgend gesendete Ultraschallsignale in einem zeitlichen Abstand t1 gesendet. Der zeitliche Abstand t1 unterscheidet sich von einem zeitlichen Abstand t2, in dem innerhalb desselben Messzyklus auf einem anderen, zweiten Paar von Kanälen aufeinanderfolgende Ultraschallsignale gesendet werden. Die Maßgabe, dass der unterschiedliche zeitliche Abstand für die zyklisch wiederholende Durchführung des Messzyklus konstant ist, bedeutet, dass in einem anderen, zweiten Messzyklus die auf dem ersten Paar von Kanälen gesendeten Ultraschallsignale in demselben zeitlichen Abstand gesendet werden wie entsprechend zuvor im ersten Messzyklus. Aufgrund dessen kann der oben beschriebene räumliche Bereich des „blind spot“ minimiert oder gar eliminiert werden.According to one embodiment, the different channels comprise at least three channels, wherein within the measuring cycle the successive ultrasonic signals are transmitted at different time intervals, wherein the different time interval is constant for the cyclically repeating execution of the measuring cycle. Within a given first measuring cycle, ultrasonic signals transmitted consecutively on a first pair of channels are transmitted at a time interval t 1 . The time interval t 1 differs from a time interval t 2 in which successive ultrasonic signals are transmitted on another, second pair of channels within the same measuring cycle. The requirement that the different time interval is constant for the cyclically repeating execution of the measuring cycle means that that in another, second measurement cycle, the ultrasonic signals transmitted on the first pair of channels are transmitted at the same time interval as in the first measurement cycle. Due to this, the spatial area of the "blind spot" described above can be minimized or even eliminated.
Während des Sendens eines Ultraschallsignals könnte es vorkommen, dass die Auswerteeinheit Echos eines ersten Ultraschallsignals in einem zweiten Sendezeitraum, innerhalb dessen ein auf das erste Ultraschallsignal folgendes zweites Ultraschallsignal gesendet wird, nicht detektieren kann („Blindbereich, Blind Spot“). Solange gesendet wird und ggfs. auch noch anschließend aufgrund eines Ausschwingens der Membran des Ultraschallwandlers ist das Detektionsvermögen dieses selben Wandlers unter Umständen reduziert oder gar unterbunden. So kann die Dauer des eigentlichen „Sendezeitraums“ eines Ultraschallsignals z.B. durch das Ausschwingen des Ultraschallwandlers nach Wegfall der Anregungskraft deutlich über die Dauer des eigentlichen, die Anregungskraft verursachenden Steuersignals hinausgehen.During the transmission of an ultrasonic signal, it may happen that the evaluation unit cannot detect echoes of a first ultrasonic signal in a second transmission period, during which a second ultrasonic signal is transmitted following the first ultrasonic signal (“blind area, blind spot”). As long as transmission is taking place and possibly also afterwards due to the membrane of the ultrasonic transducer oscillating, the detection capability of this same transducer may be reduced or even prevented. The duration of the actual “transmission period” of an ultrasonic signal can, for example, extend well beyond the duration of the actual control signal causing the excitation force due to the ultrasonic transducer oscillating after the excitation force has ceased.
Wie bereits vorstehend erläutert, kann eine Verwendung von mindestens drei Kanälen durch das abwechselnde Senden eine zeitliche Aufteilung des Messzyklus in mindestens drei entsprechende Teilintervalle und eine entsprechende Aufteilung des räumlichen Erfassungsbereichs für Hindernisse in mindestens drei den zeitlichen Teilintervallen entsprechende Entfernungsbereiche ermöglichen. Wenn nun die Zeitabstände zwischen zwei Sendevorgängen von Messzyklus zu Messzyklus variiert wird, kann auf diese Weise die Größe des nicht erfassbaren, „blinden“ Entfernungsbereichs am Übergang zwischen zwei aneinander angrenzenden Entfernungsbereichen insgesamt verkleinert werden.As already explained above, the use of at least three channels by alternately transmitting can enable the measuring cycle to be divided into at least three corresponding sub-intervals and the spatial detection range for obstacles to be divided into at least three distance ranges corresponding to the sub-intervals. If the time intervals between two transmissions are varied from measuring cycle to measuring cycle, the size of the undetectable, "blind" distance range at the transition between two adjacent distance ranges can be reduced overall.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt bei der sich zyklisch wiederholenden Durchführung des Messzyklus das Senden der aufeinanderfolgenden Ultraschallsignale zumindest für einen Teil der Messzyklen mit unterschiedlichem zeitlichem Abstand. Variiert man beispielsweise bei zwei Messzyklen einen Sendezeitpunkt des jeweils zweiten Ultraschallsignals um eine Zeitdifferenz +Δt oder -Δt, so kann der Ultraschallwandler in einem der Messzyklen auch während des Zeitraums Δt noch Echos von Ultraschallsignalen empfangen, in dem andernfalls bereits ein neues Ultraschallsignal gesendet worden wäre. Gegenüber einer Aufteilung des Messzyklus in gleich lange Teilintervalle wird dadurch der Bereich von etwaigen „blind spots“ verkleinert. Zum Beispiel beträgt die relative Variation des Zeitabstands für ein gegebenes Paar aufeinanderfolgend zum Senden von Ultraschallsignalen verwendeter Kanäle in verschiedenen Messzyklen mindestens 3%, vorzugsweise mindestens 5%.According to one embodiment, when the measuring cycle is carried out cyclically, the successive ultrasonic signals are transmitted at different time intervals for at least some of the measuring cycles. If, for example, in two measuring cycles the transmission time of the second ultrasonic signal is varied by a time difference +Δt or -Δt, the ultrasonic transducer can still receive echoes of ultrasonic signals in one of the measuring cycles during the time period Δt in which a new ultrasonic signal would otherwise have already been transmitted. Compared to dividing the measuring cycle into equally long partial intervals, this reduces the area of possible "blind spots". For example, the relative variation of the time interval for a given pair of channels used consecutively to transmit ultrasonic signals in different measuring cycles is at least 3%, preferably at least 5%.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ultraschallmesseinheit ferner den Ultraschallwandler, wobei der Ultraschallwandler ausgebildet ist, die aus den Ultraschallsignalen auf allen Kanälen resultierenden Echos zu empfangen und an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Dies schließt nicht aus, dass die Ultraschallmesseinheit mehr als einen Ultraschallwandler aufweisen kann. In dem Fall, dass die Ultraschallmesseinheit mehr als einen Ultraschallwandler aufweist, ist wiederum inbegriffen, dass Echos, die ein gegebener Ultraschallwandler erfasst, nicht notwendigerweise von Ultraschallsignalen stammen müssen, die über denselben Ultraschallwandler gesendet wurden.According to one embodiment, the ultrasonic measuring unit further comprises the ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducer is designed to receive the echoes resulting from the ultrasonic signals on all channels and to transmit them to the evaluation unit. This does not exclude the possibility that the ultrasonic measuring unit can have more than one ultrasonic transducer. In the case that the ultrasonic measuring unit has more than one ultrasonic transducer, it is again implied that echoes that a given ultrasonic transducer detects do not necessarily have to originate from ultrasonic signals that were sent via the same ultrasonic transducer.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Ultraschallmesseinheit bereit, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, wobei die Ultraschallmesseinheit eine Kontrolleinheit und eine Auswerteeinheit umfasst, wobei das Verfahren umfasst:
- - Durch die Kontrolleinheit, Ansteuern eines Ultraschallwandlers zum abwechselnden Senden von Ultraschallsignalen auf unterschiedlichen Kanälen,
- - Durch die Auswerteeinheit, Auswerten von aus den Ultraschallsignalen auf den Kanälen resultierende Echos zur Detektion zumindest eines die Echos verursachenden Objekts.
- - Through the control unit, controlling an ultrasonic transducer to alternately send ultrasonic signals on different channels,
- - By the evaluation unit, evaluation of echoes resulting from the ultrasonic signals on the channels in order to detect at least one object causing the echoes.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, wobei das Computerprogrammprodukt computerausführbaren Code umfasst, wobei der Code von zumindest einem Prozessor einer Computervorrichtung ausführbar ist, um die Computervorrichtung zu veranlassen, das hierin offenbarte Verfahren durchzuführen.In a further aspect, the invention provides a computer program product, in particular a computer-readable storage medium, wherein the computer program product comprises computer-executable code, wherein the code is executable by at least one processor of a computing device to cause the computing device to perform the method disclosed herein.
Der Fachmann wird verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung als Gerät, Verfahren oder Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt ausgeführt sein können. Entsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer reinen Hardware-Ausführungsform, einer reinen Software-Ausführungsform (darunter Firmware, im Speicher befindliche Software, Mikro-Code, usw.) oder einer Software- und Hardware-Aspekte kombinierenden Ausführungsform annehmen, die hierin alle allgemein als „Schaltkreis“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet sein können. Des Weiteren können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, welches durch ein computerlesbares Medium oder durch mehrere computerlesbare Medien in Form von computerausführbarem Code getragen wird. Ein Computerprogramm umfasst ebenfalls den computerausführbarem Code. „Computerausführbarem Code“ kann auch als „Computerprogrammanweisungen“ bezeichnet werden.Those skilled in the art will understand that aspects of the present invention may be embodied as an apparatus, method, or computer program or computer program product. Accordingly, aspects of the present invention may take the form of a purely hardware embodiment, a purely software embodiment (including firmware, software in memory, microcode, etc.), or an embodiment combining software and hardware aspects, all of which may be referred to generally herein as a "circuit,""module," or "system." Furthermore, aspects of the present invention may take the form of a computer program product carried by one or more computer-readable media in the form of computer-executable code. A computer The term "computer executable code" also includes computer executable code. "Computer executable code" may also be referred to as "computer program instructions".
Eine beliebige Kombination von einem oder mehreren computerlesbaren Medium (en) kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein „computerlesbares Speichermedium“, wie hierin verwendet, umfasst ein materielles Speichermedium, das Anweisungen speichern kann, die durch einen Prozessor einer Computervorrichtung ausführbar sind. Das computerlesbare Speichermedium kann als computerlesbares nicht-flüchtiges Speichermedium bezeichnet werden. Das computerlesbare Speichermedium kann auch als ein greifbares computerlesbares Medium bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein computerlesbares Speichermedium auch in der Lage sein Daten zu speichern, die es ermöglichen, dass durch den Prozessor der Rechnervorrichtung auf sie zugegriffen wird. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: eine Diskette, eine magnetische Festplatte, eine Festkörper-Festplatte, Flash-Speicher, einen USB-Stick, Random Access Memory (RAM), Festwertspeicher (ROM), eine optische Platte, eine magneto-optische Platte, und die Registerdatei des Prozessors. Beispiele für optische Platten umfassen Compact Disks (CD) und Digital Versatile Disks (DVD), zum Beispiel CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW oder DVD-R-Disks. Der Begriff computerlesbares Speichermedium bezieht sich auch auf verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien, die dafür geeignet sind von der Rechnervorrichtung über ein Netzwerk oder eine Kommunikationsverbindung abgerufen zu werden. Zum Beispiel können Daten über ein Modem, über das Internet oder über ein lokales Netzwerk abgerufen werden. Computerausführbarer Code, der auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt wird, kann über jedes geeignete Medium übermittelt werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, drahtlose, drahtgebundene, Lichtwellenleiter, RF, etc., oder jede geeignete Kombination der vorstehenden Medien.Any combination of one or more computer-readable media may be used. The computer-readable medium may be a computer-readable signal medium or a computer-readable storage medium. A “computer-readable storage medium” as used herein includes a tangible storage medium capable of storing instructions executable by a processor of a computing device. The computer-readable storage medium may be referred to as a computer-readable non-transitory storage medium. The computer-readable storage medium may also be referred to as a tangible computer-readable medium. In some embodiments, a computer-readable storage medium may also be capable of storing data that allows it to be accessed by the processor of the computing device. Examples of computer-readable storage media include, but are not limited to: a floppy disk, a magnetic hard disk, a solid-state hard disk, flash memory, a USB flash drive, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), an optical disk, a magneto-optical disk, and the processor's register file. Examples of optical disks include compact disks (CD) and digital versatile disks (DVD), for example, CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW, or DVD-R disks. The term computer-readable storage medium also refers to various types of recording media that are adapted to be accessed by the computing device over a network or communications link. For example, data may be accessed via a modem, over the Internet, or over a local area network. Computer executable code embodying a computer-readable medium may be transmitted over any suitable medium, including, but not limited to, wireless, wired, fiber optic, RF, etc., or any suitable combination of the foregoing media.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein ausgebreitetes Datensignal beinhalten, das den computerlesbaren Programmcode zum Beispiel in einem Basissignal (baseband) oder als Teil eines Trägersignals (Trägerwelle) enthält. Solch ein Ausbreitungssignal kann in einer beliebigen Form ausgebildet sein, darunter, jedoch nicht beschränkt auf, eine elektromagnetische Form, eine optische Form oder jede geeignete Kombination davon. Bei einem computerlesbaren Signalmedium kann es sich um ein beliebiges computerlesbares Medium handeln, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, Gerät oder Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen übertragen, verbreiten oder transportieren kann.A computer-readable signal medium may include a propagated data signal containing the computer-readable program code, for example, in a baseband or as part of a carrier signal (carrier wave). Such a propagated signal may be in any form, including, but not limited to, an electromagnetic form, an optical form, or any suitable combination thereof. A computer-readable signal medium may be any computer-readable medium other than a computer-readable storage medium that can transmit, disseminate, or transport a program for use by or in connection with an instruction-executing system, device, or apparatus.
„Computer-Speicher“ oder „Speicher“ ist ein Beispiel für ein computerlesbares Speichermedium. Ein Computer-Speicher ist jeder Speicher, der einem Prozessor direkt zugänglich ist."Computer memory" or "memory" is an example of a computer-readable storage medium. Computer memory is any memory that is directly accessible by a processor.
„Computer-Datenspeicher“ oder „Datenspeicher“ ist ein weiteres Beispiel eines computerlesbaren Speichermediums. Computer-Datenspeicher ist jedes nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium. In einigen Ausführungsformen kann ein Computerspeicher auch ein Computer-Datenspeicher sein oder umgekehrt."Computer storage" or "data storage" is another example of a computer-readable storage medium. Computer storage is any non-transitory computer-readable storage medium. In some embodiments, a computer memory can also be a computer data storage, or vice versa.
Ein „Prozessor“, wie er hierin verwendet wird, umfasst eine elektronische Komponente, die in der Lage ist, eine programm- oder maschinenausführbare Anweisung oder computerausführbaren Code auszuführen. Eine Bezugnahme auf die Rechnervorrichtung, die einen „Prozessor“ umfasst, sollte so interpretiert werden, dass sie möglicherweise mehr als einen Prozessor oder Verarbeitungskerne umfasst. Der Prozessor kann zum Beispiel ein Multi-Core-Prozessor sein. Ein Prozessor kann sich auch auf eine Sammlung von Prozessoren innerhalb eines einzigen Computersystems oder verteilt auf mehrere Computersysteme beziehen. Der Begriff Rechnervorrichtung oder des Computers soll auch so interpretiert werden, um möglicherweise auf eine Sammlung oder ein Netzwerk von Rechnervorrichtungen oder Computern, die jeweils einen Prozessor oder Prozessoren umfassen, hinzuweisen. Der computerausführbare Code kann durch mehrere Prozessoren ausgeführt werden, die innerhalb derselben Rechnervorrichtung oder sogar über mehrere Computer verteilt sein können.A "processor" as used herein includes an electronic component capable of executing a program or machine-executable instruction or computer-executable code. A reference to the computing device comprising a "processor" should be interpreted to potentially include more than one processor or processing cores. The processor may, for example, be a multi-core processor. A processor may also refer to a collection of processors within a single computer system or distributed across multiple computer systems. The term computing device or computer should also be interpreted to potentially refer to a collection or network of computing devices or computers, each comprising a processor or processors. The computer-executable code may be executed by multiple processors, which may be within the same computing device or even distributed across multiple computers.
Computerausführbarer Code kann maschinenausführbare Anweisungen oder ein Programm umfassen, das einen Prozessor veranlasst, einen Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Computerausführbarer Code zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder beliebigen Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben sein, darunter eine objektorientierte Programmiersprache wie Java, Smalltalk, C++ oder Ähnliche und herkömmliche verfahrensorientierte Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen, und in maschinenausführbare Anweisungen übersetzt werden. In einigen Fällen kann der computerausführbare Code in der Form einer höheren Programmiersprache oder in einer vor-übersetzten Form vorliegen, und in Verbindung mit einem Interpreter verwendet werden, der die maschinenausführbaren Anweisungen generiert.Computer executable code may comprise machine-executable instructions or a program that causes a processor to perform an aspect of the present invention. Computer executable code for performing operations for aspects of the present invention may be written in any combination of one or more programming languages, including an object-oriented programming language such as Java, Smalltalk, C++, or the like, and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages, and translated into machine-executable instructions. In some cases, the computer executable code may be in the form of a high-level programming language or in a pre-translated form, and used in conjunction with an interpreter that generates the machine-executable instructions.
Der computerausführbare Code kann vollständig auf dem Rechner eines Benutzers, teilweise auf dem Rechner des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Rechner des Benutzers und teilweise auf einem entfernt angeordneten Rechner oder vollständig auf dem entfernt angeordneten Rechner oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Rechner mit dem Rechner des Benutzers durch eine beliebige Art von Netzwerk verbunden sein, einschließlich einem lokalen Netzwerk (LAN) oder einem Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Rechner hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters).The computer executable code may run entirely on a user's computer, partly on the user's computer, as a stand-alone software package, partly on the user's computer and partly on a remote computer, or entirely on the remote computer or server. In the latter case, the remote computer may be connected to the user's computer through any type of network, including a local area network (LAN) or a wide area network (WAN), or the connection may be made to a remote computer (for example, over the Internet using an Internet service provider).
Die Computerprogrammanweisungen können auf einem Prozessor oder auf mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Im Falle mehrerer Prozessoren können diese auf mehre unterschiedliche Entitäten (z.B. Clients, Servern) verteilt sein. Jeder Prozessor könnte einen für die jeweilige Entität vorgesehenen Teil der Instruktionen ausführen. Wenn also von einem System oder Verfahren die Rede ist, das mehrere Entitäten umfasst, so verstehen sich die Computerprogrammanweisungen so, dass diese so angepasst sind, um durch einen der jeweiligen Entität zugeordneten oder zugehörigen Prozessor ausgeführt zu werden.The computer program instructions can be executed on one processor or on several processors. In the case of several processors, these can be distributed across several different entities (e.g. clients, servers). Each processor could execute a part of the instructions intended for the respective entity. Therefore, when a system or method is mentioned that includes several entities, the computer program instructions are understood to be adapted to be executed by a processor assigned to or associated with the respective entity.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockschaltbilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogramm-produkten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block oder Teile der Blöcke der Flussdiagramme, Darstellungen und/oder der Blockschaltbilder durch Computerprogrammanweisungen, gegebenenfalls in Form eines computerausführbaren Codes, ausgeführt werden können. Es wird weiter darauf hingewiesen, dass Kombinationen von Blöcken in verschiedenen Flussdiagrammen, Darstellungen und/oder Blockschaltbildern kombiniert werden können, wenn sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalrechners, Spezialrechners oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Vorrichtung zu erzeugen, so dass die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen Mittel zur Ausführung der in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen.Aspects of the present invention are described with reference to flowchart illustrations and/or block diagrams of methods, apparatus (systems) and computer program products according to embodiments of the invention. It is noted that each block or portions of the blocks of the flowcharts, illustrations and/or block diagrams may be implemented by computer program instructions, optionally in the form of computer executable code. It is further noted that combinations of blocks in different flowcharts, illustrations and/or block diagrams may be combined if they are not mutually exclusive. These computer program instructions may be provided to a processor of a general purpose computer, special purpose computer or other programmable data processing device to produce a device such that the instructions executed via the processor of the computer or other programmable data processing device produce means for performing the functions/steps specified in the block or blocks of the flowcharts and/or block diagrams.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, die einen Computer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder andere Vorrichtungen steuern können, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, so dass die auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen ein Herstellungserzeugnis hervorrufen, einschließlich Anweisungen, welche die/den in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegte/n Funktion/Schritt umsetzen.These computer program instructions may also be stored on a computer readable medium that can direct a computer or other programmable data processing apparatus or other apparatus to function in a particular manner such that the instructions stored on the computer readable medium produce an article of manufacture, including instructions that implement the function/step specified in the block or blocks of the flowcharts and/or block diagrams.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, anderen programmierbaren Datenverarbeitungs-vorrichtungen oder anderen Vorrichtungen gespeichert werden, um die Ausführung einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer, anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, so dass die auf dem Computer oder den anderen programmierbaren Vorrichtungen ausgeführten Anweisungen Verfahren zur Umsetzung der in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen.The computer program instructions may also be stored on a computer, other programmable data processing apparatus, or other devices to cause execution of a series of process steps on the computer, other programmable data processing apparatus, or other devices to produce a computer-executable process, such that the instructions executing on the computer or other programmable devices produce methods for implementing the functions/steps set forth in the block or blocks of flowcharts and/or block diagrams.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
-
1 ein mit einer Ultraschallmesseinheit ausgestattetes Kraftfahrzeug, -
2A einen Sende- und Empfangsvorgang auf einem ersten Kanal einer Ultraschallmesseinheit, -
2B einen Sendevorgang auf einem zweiten Kanal und einen Empfangsvorgang auf einem ersten und einem zweiten Kanal einer Ultraschallmesseinheit, -
3 ein Blockdiagramm von Komponenten einer Ultraschallmesseinheit, -
4 ein Blockdiagramm von Komponenten einer Ultraschallmesseinheit, -
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Ultraschallmesseinheit, -
6 ein Zeitdiagramm einer an einem Ultraschallwandler auf einem Kanal gemessenen Ultraschallamplitude, und -
7 eine Darstellung einer zeitlichen Aufteilung eines Messzyklus.
-
1 a motor vehicle equipped with an ultrasonic measuring unit, -
2A a transmission and reception process on a first channel of an ultrasonic measuring unit, -
2 B a transmission process on a second channel and a reception process on a first and a second channel of an ultrasonic measuring unit, -
3 a block diagram of components of an ultrasonic measuring unit, -
4 a block diagram of components of an ultrasonic measuring unit, -
5 a flow chart of a method for operating an ultrasonic measuring unit, -
6 a time diagram of an ultrasonic amplitude measured on an ultrasonic transducer on one channel, and -
7 a representation of a temporal division of a measurement cycle.
Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik kommen immer häufiger Ultraschallmesssysteme zum Einsatz, um Hindernisse zu detektieren und deren Entfernung zu messen.
In
Das Kraftfahrzeug 100 weist mehrere Ultraschallwandler 130 auf, die über ein z.B. analoges oder digitales elektrisches Leitungssystem 112 mit einer Schnittstelle der Steuereinheit 102 verbunden sind. Über das Leitungssystem 112 könnte die Steuereinheit 102 die Funktion der Kontrolleinheit ausüben, um einen oder mehrere der Ultraschallwandler 130 zum abwechselnden Senden von Ultraschallsignalen auf unterschiedlichen Kanälen anzusteuern. Von einem oder mehreren der Ultraschallwandler 130 empfangene Echos der gesendeten Ultraschallsignale könnten durch die Ultraschallwandler 130 in elektrische Signale umgewandelt werden und über das Leitungssystem 112 an die Steuereinheit 102 übertragen werden. Die Steuereinheit 102 könnte die Funktion der Auswerteeinheit ausüben, um die den empfangenen Echos entsprechenden Signale zur Detektion zumindest eines die Echos verursachenden Objekts auszuwerten.The
An die Schnittstelle der Steuereinheit 102 könnten weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs 100 angeschlossen sein. Beispielsweise könnte ein Bussystem 114 (z.B. ein Controller Area Network, CAN) eine Lenksteuerung 104, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 106 (z.B. ein Touchscreen-Display) und eine Bremssteuerung 108 mit der Steuereinheit 102 verbinden. Die Steuereinheit 102 könnte dazu ausgebildet sein, für die Lenksteuerung 104, die Mensch-Maschine-Schnittstelle 106 und / oder die Bremssteuerung 108 bestimmte Signale in Abhängigkeit von einem von der Auswerteeinheit bereitgestellten Auswertungsergebnis der Ultraschallechos zu erzeugen und / oder anzupassen, und / oder die Funktion der Kontrolleinheit und / oder der Auswerteeinheit als Reaktion auf eine Benutzerinteraktion mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle 106 zu steuern und / oder anzupassen. In einem weiteren Beispiel könnte ein z.B. analoges oder digitales elektrisches Leitungssystem 116, 118 einen Satz von Bedienelementen 124 und einen Satz von Ausgabeeinheiten 126 (z.B. Lautsprecher) mit der Steuereinheit 102 verbinden. Die Steuereinheit 102 könnte dazu ausgebildet sein, für die Ausgabeeinheiten 126 bestimmte Signale in Abhängigkeit von einem von der Auswerteeinheit bereitgestellten Auswertungsergebnis der Ultraschallechos zu erzeugen und / oder anzupassen, und / oder die Funktion der Kontrolleinheit und / oder der Auswerteeinheit als Reaktion auf eine Benutzerinteraktion mit den Bedienelementen 124 zu steuern und / oder anzupassen.Further components of the
Die
Zu dem in
In
Die Auswerteeinheit 420 verfügt über einen Eingang, über den die Auswerteeinheit 420 ein Signal 414 von einem oder mehreren der Ultraschallwandler 415 empfangen kann, das einem von dem Ultraschallwandler 415 empfangenen Ultraschallsignal (z.B. einem Echo der Ultraschallsignale) entspricht. Der eine oder die mehreren Ultraschallwandler 415 kann eine Schnittstelle zum Empfangen eines Signals 412 von der Kontrolleinheit 410 und zum Senden eines Signals 414 an die Auswerteeinheit 420 aufweisen, eine Transmittervorrichtung zum Erzeugen von Ultraschallsignalen in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal 412 sowie z.B. eine Empfängervorrichtung zum Verstärken empfangener Ultraschallsignale und Erzeugen des Signals 414 in Abhängigkeit von den empfangenen Ultraschallsignalen.The
Die
Zu einem Zeitpunkt (dargestellt als Laufzeit 608 ab t = 0) nach Beendigung des Sendezeitraums 606 trifft ein erstes Echo des im Sendezeitraum 606 gesendeten Ultraschallsignals am Ultraschallwandler ein. Es verursacht einen Amplitudenanstieg, den die Auswerteeinheit der Ultraschallmesseinheit z.B. durch Vergleich mit einem vorgegebenen, ein maximal anzunehmendes Rauschniveau repräsentierenden Schwellenwert detektiert. Aus der Laufzeit Δt 608 und der Schallgeschwindigkeit c kann die Auswerteeinheit die Entfernung d = cΔt/2 des Hindernisses bestimmen, das das nach der Laufzeit 608 empfangene Echo hervorgerufen hat.At a point in time (shown as the
Die
Der Messzyklus 700 kann mit denselben oder anderen Dauern der einzelnen Sendezeiträume und Empfangszeiträume wiederholt werden. Die den Messzyklus 700 implementierende Ultraschallmesseinheit ist dazu konfiguriert, den Ultraschallwandler zum abwechselnden Senden von Ultraschallsignalen auf unterschiedlichen Kanälen anzusteuern. In dem in
Analog zur Beschreibung der
Im zweiten Empfangszeitraum 724 wertet die Auswerteeinheit der Ultraschallmesseinheit auf dem zweiten Kanal Signale aus, die von einem Ultraschallwandler empfangenen Echos des während des zweiten Sendezeitraums 722 gesendeten zweiten Ultraschallsignals entsprechen, um ein oder mehrere die Echos verursachende Objekte in einem weiteren Nahbereich zu detektieren. Zusätzlich wertet die Auswerteeinheit während des zweiten Empfangszeitraums 724 Signale aus, die von einem Ultraschallwandler empfangenen Echos eines während des ersten Sendezeitraums 712 des aktuellen Messzyklus 700 auf dem ersten Kanal gesendeten ersten Ultraschallsignals entsprechen, um ein oder mehrere weitere die Echos verursachende Objekte in einem weiteren ersten Fernbereich zu detektieren. Optional wertet die Auswerteeinheit während des zweiten Empfangszeitraums 724 zusätzlich Signale aus, die von einem Ultraschallwandler empfangenen Echos eines während des zweiten Sendezeitraums 722 eines früheren Messzyklus 700 auf dem zweiten Kanal gesendeten zweiten Ultraschallsignals entsprechen, um ein oder mehrere weitere die Echos verursachende Objekte aus einem weiteren zweiten Fernbereich zu detektieren. Nach Beendigung des zweiten Empfangszeitraums 724 kann sich ein neuer Messzyklus 700 mit einem weiteren ersten Sendezeitraum 712 anschließen.In the
Es sei angemerkt, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können, solange die Kombination zweier bestimmter Ausführungsformen nicht aus technischen Gründen ausgeschlossen ist.It should be noted that the embodiments of the invention described herein can be combined with each other in any way, as long as the combination of two specific embodiments is not excluded for technical reasons.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 102102
- SteuereinheitControl unit
- 104104
- LenksteuerungSteering control
- 106106
- Mensch-Maschine-SchnittstelleHuman-machine interface
- 108108
- BremssteuerungBrake control
- 110110
- StromquellePower source
- 112112
- LeitungssystemPipeline system
- 114114
- BussystemBus system
- 116116
- LeitungssystemPipeline system
- 118118
- LeitungssystemPipeline system
- 124124
- BedienelementControl element
- 126126
- AusgabeeinheitOutput unit
- 130130
- UltraschallwandlerUltrasonic transducer
- 200200
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 202202
- Hindernisobstacle
- 204204
- Hindernisobstacle
- 210210
- erstes Ultraschallsignalfirst ultrasound signal
- 212212
- erstes Echo des ersten Ultraschallsignalsfirst echo of the first ultrasound signal
- 214214
- zweites Echo des ersten Ultraschallsignalssecond echo of the first ultrasound signal
- 220220
- zweites Ultraschallsignalsecond ultrasound signal
- 222222
- Echo des zweiten UltraschallsignalsEcho of the second ultrasound signal
- 300300
- UltraschallmesseinheitUltrasonic measuring unit
- 310310
- KontrolleinheitControl unit
- 311311
- SignalleitungSignal line
- 312312
- ausgehendes Signaloutgoing signal
- 313313
- SignalleitungSignal line
- 314314
- eintreffendes Signalincoming signal
- 316316
- SignalleitungSignal line
- 320320
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 400400
- UltraschallmesseinheitUltrasonic measuring unit
- 410410
- KontrolleinheitControl unit
- 411411
- SignalleitungSignal line
- 412412
- ausgehendes Signaloutgoing signal
- 413413
- SignalleitungSignal line
- 414414
- eintreffendes Signalincoming signal
- 415415
- UltraschallwandlerUltrasonic transducer
- 416416
- SignalleitungSignal line
- 420420
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 500500
- Verfahren zum Betrieb einer UltraschallmesseinheitMethod for operating an ultrasonic measuring unit
- 502502
- Ansteuern zum SendenControl to send
- 504504
- Auswerten zum DetektierenEvaluate to detect
- 602602
- AnregungsdauerExcitation duration
- 604604
- AusschwingdauerSwing-out time
- 606606
- SendezeitraumBroadcast period
- 608608
- LaufzeitDuration
- 610610
- EmpfangszeitraumReception period
- 700700
- MesszyklusMeasuring cycle
- 710710
- erster Sende- und Empfangszeitraumfirst transmission and reception period
- 712712
- erster Sendezeitraumfirst broadcast period
- 714714
- erster Empfangszeitraumfirst reception period
- 720720
- zweiter Sende- und Empfangszeitraumsecond transmission and reception period
- 722722
- zweiter Sendezeitraumsecond broadcast period
- 724724
- zweiter Empfangszeitraumsecond reception period
Claims (12)
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Also Published As
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WO2024115224A1 (en) | 2024-06-06 |
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