EP3791205A1 - Ultraschallsensorsystem und verfahren zum erkennen von objekten im umfeld eines fahrzeugs, sowie fahrzeug mit einem ultraschallsensorsystem - Google Patents

Ultraschallsensorsystem und verfahren zum erkennen von objekten im umfeld eines fahrzeugs, sowie fahrzeug mit einem ultraschallsensorsystem

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Publication number
EP3791205A1
EP3791205A1 EP19722577.4A EP19722577A EP3791205A1 EP 3791205 A1 EP3791205 A1 EP 3791205A1 EP 19722577 A EP19722577 A EP 19722577A EP 3791205 A1 EP3791205 A1 EP 3791205A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
group
ultrasonic sensors
ultrasonic
vehicle
sensor system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19722577.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Preissler
Michael Schumann
Sebastian Olbrich
Burkhard Iske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3791205A1 publication Critical patent/EP3791205A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details
    • G01S2015/939—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details vertical stacking of sensors, e.g. to enable obstacle height determination

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic sensor system and method for detecting objects in the environment of a vehicle.
  • Obstacles for example, are used in motor vehicles to assist the driver in maneuvering.
  • the driver is warned acoustically or optically, especially when approaching the obstacles.
  • Ultrasonic sensors can use ultrasound to detect the presence of objects or obstacles within a limited detection area or range and also measure the distance to the objects.
  • a method for the vehicle data dependent distance measurement is known from DE 196 45 339 Al. Next, a distance measuring device in DE 102 61 018 Al is described.
  • the principle of the pulse-echo method is used.
  • the transmission and detection range of the individual ultrasonic sensor is determined by its directional characteristic. This has a vertical opening angle, which usually depends on the sensor geometry and on the control of the ultrasonic sensor, for example the transmission frequency.
  • an ultrasonic sensor can be installed on a vehicle such that its directional characteristic has a certain angle of attack with respect to the vehicle horizontal plane (vertical angle of attack). This can be positive, ie directed upwards, or negative, that is, downwards in the direction of
  • the sensitivity of ultrasonic sensor systems is thus influenced by the shoring on the vehicle. Decisive for this is the height of the applied threshold for the detection of reflected signals, because this is usually adjusted so that ground reflections are hidden. This applies to both fixed and adaptive thresholds. This requirement alone would lead to a sensor design with a very small opening angle or to high angles of attack of the sensor outer surface and the directional characteristic upwards. However, a further requirement in ultrasound sensor systems is also to provide low objects potentially damaging the vehicle, such as e.g. high curbs to detect. Therefore, the ultrasonic sensors must be installed so that a significant proportion of the sound emission, so the directional characteristic, is also directed to the ground.
  • the vertical opening angle of the sound radiation or directional characteristic is e.g. approx. ⁇ 30 ° and the installation of the ultrasonic sensors is to be carried out in such a way that low installation heights of, for example, less than 50 cm with upward angles of attack, ie positive angles of attack and relatively high installation heights of, for example, more than 50 cm with angles of attack directed towards the ground, ie negative angles of attack, be installed.
  • a resulting installation guideline is shown in FIG.
  • DE 10 2009 046 338 A1 further describes a method in which a transmission signal is transmitted by a plurality of ultrasonic sensors, a reception signal generated by reflection of the transmission signal on an object is received by at least one further ultrasonic sensor and the respective reception signal is evaluated in Dependency of a provided sensitivity characteristic for the reception.
  • the sensitivity characteristic is provided as a function of at least one property of the transmitting ultrasonic sensor. It is shown to provide superimposed ultrasonic sensors for detecting obstacles in the region of a bumper, wherein the different ultrasonic sensors can each have different angles of incidence and geometries.
  • arranged object can be estimated.
  • the invention is based on the idea in the area of a bumper
  • Obstacles can be detected particularly well and safely.
  • An ultrasonic sensor system for detecting objects in the vicinity of a vehicle which comprises a first group of
  • Ultrasonic sensors and a second group of ultrasonic sensors comprises.
  • the ultrasonic sensors of the first group each have a first mounting height on the vehicle, the ultrasonic sensors of the second group of
  • Ultrasonic sensors each have a second installation height on the vehicle, wherein the first installation height is greater than the second installation height.
  • the ultrasonic sensors of the first group have a higher sensitivity for the detection of objects than the ultrasonic sensors of the second group.
  • the core of the invention is therefore the use of additional
  • Ultrasonic sensors which are installed in a level below the usual installation level. This lower level of ultrasonic sensors (second group) Its purpose is to detect low objects. According to the invention
  • the increase in the sensitivity of the first group can be made possible, for example, either by installing the ultrasonic sensors with vertical angles of attack and / or installation heights well above the installation guidelines.
  • the respective directional characteristics of the ultrasonic sensors of the first group have a positive vertical angle of attack, in particular between 0 ° and 15 °, relative to the horizontal plane, ie they are tilted upwards. Due to this alignment, the sensors of the first group detect less ground echoes, whereby the threshold for the detection of the echo signals does not have to be adapted to the fading of ground echoes. Thus, a (fixed or adaptive) threshold can be used for the detection of echo signals, which makes it possible to detect even weakly reflecting objects, such as pedestrians. Accordingly, the sensitivity of the ultrasonic sensors with respect to the detection of objects increases.
  • the respective directional characteristics of the ultrasonic sensors of the second group are preferably aligned horizontally or have a negative vertical angle of attack relative to the horizontal plane.
  • Both groups of ultrasonic sensors can, for example, in one
  • the different vertical angles of incidence of the two groups of ultrasonic sensors are preferably achieved by the respective arrangement of the ultrasonic sensors on a vehicle component, in particular a bumper.
  • ultrasonic sensors with smaller vertical opening angles can be used in comparison to the ultrasonic sensors of the second group.
  • the lower vertical Aperture angle results in fewer ground echoes being received by the ultrasound sensors of the first group and, correspondingly, a detection threshold that allows detection of low-reflectivity objects or more distant objects.
  • a smaller vertical opening angle can be realized in various ways within the scope of the invention.
  • the ultrasonic sensors are designed such that they have in a known manner a diaphragm pot with a vibratory membrane and a circumferential wall around the membrane, wherein on a inside of the membrane, a piezoelectric transducer is arranged.
  • the ultrasound sensors of the first group can now have a smaller diaphragm diameter than the ultrasound sensors of the second group, resulting in a comparatively lower vertical aperture angle of the directional characteristic for the ultrasound sensors of the first group.
  • the ultrasonic sensors of the first group may have a higher membrane rigidity. This leads to a comparatively increased resonance frequency of the diaphragm pot. A higher resonance frequency results in a lower vertical opening angle of the directional characteristic and thus leads to an increased sensitivity.
  • the ultrasonic sensors of the first group are preferably operated at a higher transmission frequency than the ultrasonic sensors of the second group.
  • a higher transmission frequency results in a lower compared vertical
  • Opening angle of the directional characteristic When using different transmission frequencies for the two groups, preferably the same
  • Sensor structure and the same sensor geometry, in particular the same membrane diameter can be used for the respective ultrasonic sensors of the two groups.
  • the transmission frequency for the first group should only be increased so far that the ultrasonic sensors of the second group still have sufficient sensitivity in this frequency range, preferably> 50% based on the sensitivity of the ultrasonic sensors of the first group.
  • a variation of the vertical opening angle can also be achieved by incorporating an ultrasonic sensor in a funnel-shaped holder, wherein the effective directional characteristic achieved with respect to the object detection is influenced by the geometry of the funnel.
  • the membrane of the ultrasonic sensor does not close flush with the surface, for. B. a bumper from, but is set against this, so that the sound must move through the funnel in front of it.
  • the respective number of ultrasonic sensors of the first group and the second group is initially not limited and does not have to match.
  • the second group has at least as many
  • Ultrasonic sensor of the first group is arranged an ultrasonic sensor of the second group.
  • the number of ultrasonic sensors of the first group and the second group is the same. This arrangement allows in a particularly advantageous manner, not only to recognize an object and to determine its distance, but also to close by a simple trilateration in the vertical to the height of the reflex to the ground and thus to the height of the detected object. It is further preferred if the ultrasonic sensors of the first group and the ultrasonic sensors of the second group have the greatest possible vertical distance from each other, in other words, if the first installation height as large as possible
  • the second group has at least one ultrasonic sensor more than the first group, wherein offset between each two adjacent ultrasonic sensors of the second group, an ultrasonic sensor of the first group is arranged.
  • Trilateration in particular a 3D trilateration done.
  • certain or even all of the ultrasonic sensors, but in particular the ultrasonic sensors of the first group, can be arranged and aligned in such a way or one such
  • Anstellwinkel have that objects above the vehicle, e.g. the ceiling of a parking garage or transit can also be detected. For example, it can be detected whether a passage for a vehicle is high enough.
  • a vehicle with at least one ultrasound sensor system designed according to the invention for detecting objects in the surroundings of the vehicle is proposed, wherein the
  • Ultrasonic sensors of the ultrasonic sensor system on a front and / or on a rear bumper of the vehicle or on the side of the vehicle, for. B. within the B-pillar are arranged.
  • the first installation height on the vehicle of the ultrasonic sensors of the first group preferably has a value in the range from 50 cm to 80 cm.
  • the second installation height preferably has a value in the range of 20 cm to 40 cm.
  • Ultrasonic sensors of the first group is greater than a threshold distance and wherein by means of the ultrasonic sensors of the second group objects are detected whose distance from the ultrasonic sensors of the second group is smaller than the limit distance.
  • the limit distance can be, for example, 40 cm.
  • the ultrasonic sensor system according to the invention has an increased sensitivity for high objects. It also results in an improved compared to the prior art coverage of the vertical field of view of the overall system. If, as in many conventional systems, the ultrasonic sensors are installed at only one level or installation height, dead zones result due to the
  • FIG. 1 shows a diagram of the installation height in relation to the vertical angle of attack of an ultrasonic sensor.
  • Figure 2a shows schematically a vehicle in front view with a
  • Ultrasonic sensor system for detecting objects in the vicinity of the vehicle according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2b shows schematically an ultrasound sensor of the first group and an ultrasound sensor of the second group of the ultrasound sensor system.
  • Figure 3a shows a side view schematically a vehicle with a
  • Ultrasonic sensor system for detecting objects in the vicinity of the vehicle according to the prior art.
  • Figure 3b shows a side view schematically a vehicle with a
  • Ultrasonic sensor system for detecting objects in the vicinity of the vehicle according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows schematically a vehicle in front view with a
  • Ultrasonic sensor system for detecting objects in the vicinity of the vehicle according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a diagram 100 in which, on the x-axis
  • Ultrasonic sensor system for detecting objects in the environment of a
  • Vehicle is plotted against the vertical angle ⁇ of the ultrasonic sensor.
  • the illustrated ranges of values are determined by the structure of the ultrasonic sensor and to be understood merely as an example
  • the range of installation height h and angle of incidence ⁇ 110 limited downwardly by curve 104 is limited upwardly by curve 106 for installation heights greater than about 46 cm, and for installation heights less than about 46 cm is bounded by the curve 107, represents the range of combinations of h and ⁇ that the ultrasonic sensors are more typical
  • Ultrasonic sensor systems for detecting objects in the environment of a
  • the curve 104 represents combinations of installation height and vertical angle of attack, in which echo signals from the ground can barely be detected G, 1 upper limit ground ").
  • the curve 104 represents combinations of installation height and
  • the curve 107 represents combinations of installation height and angle at which just no disturbing echo signal is received from a ceiling, for example in a garage or in a car park G, upper limit ceiling ").
  • the area 120 may be allowed in prior art systems when there is an application in which the detection of low objects such as curbs has little meaning. For example, low objects such as curbs are included
  • the area 125 is allowed in systems according to the prior art, for example, on the condition that the total range of the ultrasonic sensors is limited to, for example 150 cm, otherwise there is a risk of a disturbing echo signal from a ceiling, for example in a garage or in a parking garage, to receive.
  • area 140 above curves 106 and 107 is not allowed in prior art systems because of the risk of receiving a disturbing echo signal from a ceiling, for example in a garage or in a car park, and at the same time no echo signals from the floor or from very low objects.
  • the area 130 below the curve 104 is not allowed in systems according to the prior art, for example, because of the high proportion of
  • the invention now also makes it possible to arrange ultrasonic sensors in the "forbidden" areas or to change the shape of the areas.
  • the ultrasonic sensors of the second group in an inventive
  • trained ultrasonic sensor system for detecting objects in the environment of a vehicle may also be formed with combinations of installation height and vertical angle of attack in the area 130.
  • the ultrasonic sensors of the first group of the inventively designed ultrasonic sensor system can combinations of installation height and vertical angle in
  • Figure 2a is schematically a vehicle 10 in front view with a
  • Ultrasonic sensor system 20 for detecting objects in the vicinity of the
  • the ultrasonic sensor system 20 comprises twelve ultrasonic sensors 12, 14, including six ultrasonic sensors 12 of a first group 22 of FIG
  • Ultrasonic sensors on, and six ultrasonic sensors 14 belong to a second group 24.
  • the ultrasonic sensors 12 of the first group 22 have a first installation height hi on the vehicle relative to a roadway plane 40.
  • the ultrasonic sensors 14 of the second group 24 have a second one
  • the ultrasonic sensors 12 of the first group 22 have a higher sensitivity for detecting objects than the ultrasonic sensors 14 of the second group 24.
  • the number of ultrasonic sensors 12 of the first group 22 in this example corresponds to the number of ultrasonic sensors 14 of the first group 24.
  • FIG. 2 b shows schematically an ultrasound sensor 12 of the first group 22 and an ultrasound sensor 14 of the second group 24 of FIG
  • the ultrasonic sensor 12 has in this example a positive vertical angle ⁇ .
  • Directional characteristic 52 and the main axis 50 of the directional characteristic is inclined relative to the horizontal 45 upwards.
  • the ultrasonic sensor 14 has a directional characteristic 54 which is not inclined relative to the horizontal 45.
  • the opening angle Ji of the directional characteristic 52 of the ultrasonic sensor 12 is smaller than the opening angle y 2 of the directional characteristic 54 of the ultrasonic sensor 14.
  • FIG. 3 a shows schematically in side view a vehicle 10 with a conventional ultrasonic sensor system for detecting a prior art object 80.
  • the ultrasonic sensor system has at least one ultrasonic sensor 16 which is mounted at a specific installation height hs relative to the roadway plane 40.
  • the installation height hs is for example 50 cm. Shown is the directional characteristic 56 and the vertical field of view of the
  • Ultrasonic sensor 16 This has an opening angle s and also has no inclination of the main axis to the horizontal 45 in this example. It can be seen that the field of view at a distance do intersects the roadway level 40. Low objects which are closer to the vehicle than this limit distance d o , ie approximately in the gap region 58, may not be detected by the ultrasonic sensor 16 at all, or may be detected only in a very unreliable manner.
  • Figure 3b shows schematically in side view a vehicle 10 with a
  • the ultrasonic sensor system 20 for detecting an object 80 after a second Embodiment of the invention.
  • the ultrasonic sensor system 20 has two groups 22, 24 of ultrasonic sensors 12, 14 which are each mounted in a specific first or second installation height hi and h 2 relative to the roadway plane 40.
  • the installation height hi is for example 50 cm.
  • the installation height h 2 is for example 30 cm.
  • Shown here is the directional characteristic 52 or the vertical field of view of an ultrasonic sensor 12 of the first group 22 with installation height hi. In this example, this has no inclination of the main axis to the horizontal 45, but the opening angle yi of the directional characteristic 52 is compared to the opening angle ys according to FIG State of the art according to Figure 2 a) smaller.
  • the ultrasonic sensor 12 accordingly has a higher sensitivity, in particular for high objects, than the
  • Ultrasonic sensor 16 of the prior art is not or only very unreliable.
  • Detection gap is closed according to the invention by adding the second group 24 of ultrasonic sensors 14.
  • the ultrasonic sensor 14 has a field of view or a directional characteristic 54 which essentially covers the area of the near and low objects 81 and thus enables a reliable detection of such objects 81.
  • Figure 4 is a schematic front view of a vehicle 10 with a
  • Ultrasonic sensor system 20 for detecting objects in the vicinity of the
  • the ultrasonic sensor system 20 here comprises eleven ultrasonic sensors 12, 14, thereof five ultrasonic sensors 12 belong to a first group 22 of FIG
  • Ultrasonic sensors on, and six ultrasonic sensors 14 belong to a second group 24.
  • the ultrasonic sensors 12 of the first group 22 have a first installation height hi on the vehicle relative to a roadway plane 40.
  • the ultrasonic sensors 14 of the second group 24 have a second one
  • the ultrasonic sensors 12 of the first group 22 have a higher sensitivity for detecting objects than the ultrasonic sensors 14 of the second group 24.
  • the number of ultrasonic sensors 14 of the second group 24 in this example corresponds to the number of ultrasonic sensors 12 of the first group 22 plus one. Offset between each two adjacent ultrasonic sensors 14 of the second group 24, an ultrasonic sensor 12 of the first group 22 is arranged in each case.
  • an ultrasonic sensor 12 of the first group 22 is arranged in each case.
  • the horizontal distance x between a sensor 12 of the first group and the next sensor 14 of the second group may be reduced. This results in the area 15 of the plate sufficient sensor coverage to ensure the reliable detection of low objects.

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Abstract

Es wird ein Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches eine erste Gruppe von Ultraschallsensoren und eine zweite Gruppe von Ultraschallsensoren umfasst. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe weisen jeweils eine erste Einbauhöhe an dem Fahrzeug auf,die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe von Ultraschallsensoren weisen jeweils eine zweite Einbauhöhe an dem Fahrzeug auf, wobei die erste Einbauhöhe größer ist als die zweite Einbauhöhe. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe weisen dabei eine höhere Sensitivität für das Erkennen von Objekten auf als die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe.

Description

Beschreibung
Titel
Ultraschallsensorsystem und Verfahren zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs, sowie Fahrzeug mit einem Ultraschallsensorsystem
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallsensorsystem und Verfahren zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Verfahren und Systeme zum Erkennen von Objekten, insbesondere von
Hindernissen, kommen zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um den Fahrer beim Manövrieren zu unterstützen. Dabei wird der Fahrer insbesondere bei Annäherung an die Hindernisse akustisch oder optisch gewarnt. Zur
Detektion einer Annäherung an die Hindernisse kommen Abstandssensoren, beispielsweise Ultraschallsensoren, zum Einsatz. Ultraschallsensoren können mit Hilfe von Ultraschall das Vorhandensein von Objekten oder Hindernissen innerhalb eines begrenzten Erkennungsbereichs oder Detektionsbereichs erkennen und auch den Abstand zu den Objekten messen. Ein Verfahren zur von den Fahrzeugdaten abhängigen Abstandsmessung ist aus der DE 196 45 339 Al bekannt. Weiter ist eine Abstandsmessvorrichtung in der DE 102 61 018 Al beschrieben.
Beispielsweise kommt bei der Erkennung von Objekten das Prinzip des Puls- Echo-Verfahrens zum Einsatz. Der Sende- und Detektionsbereich des einzelnen Ultraschallsensors ist durch seine Richtcharakteristik bestimmt. Diese weist einen vertikalen Öffnungswinkel auf, der üblicherweise von der Sensorgeometrie und von der Ansteuerung des Ultraschallsensors, z.B. der Sendefrequenz, abhängt. Weiterhin kann ein Ultraschallsensor derart an einem Fahrzeug verbaut sein, dass seine Richtcharakteristik einen gewissen Anstellwinkel gegenüber der horizontalen Ebene (vertikalen Anstellwinkel) aufweist. Dieser kann positiv, also nach oben gerichtet sein, oder negativ, also nach unten in Richtung der
Fahrbahn gerichtet sein.
Die Sensitivität von Ultraschallsensorsystemen wird somit durch den Verbau am Fahrzeug beeinflusst. Maßgebend hierfür ist die Höhe der applizierten Schwelle für die Erfassung von reflektierten Signalen, denn diese ist üblicherweise so eingestellt, dass Bodenreflektionen ausgeblendet werden. Dies gilt sowohl für fest applizierte als auch für adaptive Schwellen. Diese Anforderung alleine würde zu einem Sensordesign mit sehr geringem Öffnungswinkel oder zu großen Anstellwinkeln der Sensoraußenfläche bzw. der Richtcharakteristik nach oben führen. Eine weitere Anforderung bei Ultraschallsensorsystemen besteht jedoch auch darin, niedrige, das Fahrzeug potentiell beschädigende Objekte, wie z.B. hohe Bordsteine, detektieren zu können. Daher müssen die Ultraschallsensoren so installiert werden, dass ein signifikanter Anteil der Schallemission, also der Richtcharakteristik, auch auf den Boden gerichtet ist. Um beide Anforderungen zu erfüllen, wird im Stand der Technik üblicherweise ein Kompromiss realisiert: Der vertikale Öffnungswinkel der Schallabstrahlung bzw. der Richtcharakteristik beträgt z.B. ca. ±30° und die Installation der Ultraschallsensoren ist so durchzuführen, dass niedrige Einbauhöhen von beispielsweise weniger als 50cm mit nach oben gerichteten Anstellwinkeln, also positiven Anstellwinkeln und relativ hohe Einbauhöhen von beispielsweise mehr als 50cm mit zum Boden gerichteten Anstellwinkeln, also negativen Anstellwinkeln, installiert werden. Eine daraus resultierende Einbaurichtlinie ist in Figur 1 dargestellt.
In der DE 10 2009 046 338 Al wird weiterhin ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Sendesignal durch eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren gesendet wird, ein durch Reflektion des Sendesignals an einem Objekt generiertes Empfangssignal durch zumindest einen weiteren Ultraschallsensor empfangen wird und das jeweilige Empfangssignal ausgewertet wird in Abhängigkeit einer bereitgestellten Empfindlichkeitskennlinie für den Empfang. Die Empfindlichkeitskennlinie wird in Abhängigkeit zumindest einer Eigenschaft des sendenden Ultraschallsensors bereitgestellt. Dabei ist dargestellt, im Bereich eines Stoßfängers übereinander angeordnete Ultraschallsensoren zur Detektion von Hindernissen vorzusehen, wobei die unterschiedlichen Ultraschallsensoren jeweils unterschiedliche Anstellwinkel und Geometrien aufweisen können.
Aus der DE 10 2014 202 497 B4 ist in Bezug auf an einer Fahrzeuglängsseite angeordnete Ultraschallsensoren bekannt, mehrere Ultraschallsensoren zu verwenden, die sich auf unterschiedlichen Höhenniveaus befinden. Damit können geometrische Parameter eines seitlich eines Kraftfahrzeugs
angeordneten Objekts geschätzt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Ultraschallsensorsystem mit einer verbesserten Detektionsleistung (Sensitivität) und einer verbesserten
Detektionssicherheit anzugeben, so dass z.B. schwach reflektierende Objekte wie zum Beispiel Fußgänger zuverlässiger erkannt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Bereich eines Stoßfängers
angeordnete Ultraschallsensoren auf zumindest zwei unterschiedlichen
Höhenniveaus anzuordnen, damit in unterschiedlichem Abstand zum Fahrzeug angeordnete Hindernisse bzw. eine unterschiedliche Höhe aufweisende
Hindernisse besonders gut und sicher erkannt werden können.
Es wird ein Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches eine erste Gruppe von
Ultraschallsensoren und eine zweite Gruppe von Ultraschallsensoren umfasst. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe weisen jeweils eine erste Einbauhöhe an dem Fahrzeug auf, die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe von
Ultraschallsensoren weisen jeweils eine zweite Einbauhöhe an dem Fahrzeug auf, wobei die erste Einbauhöhe größer ist als die zweite Einbauhöhe. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe weisen dabei eine höhere Sensitivität für das Erkennen von Objekten auf als die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe.
Kern der Erfindung ist demnach die Verwendung von zusätzlichen
Ultraschallsensoren, die in einer Ebene unterhalb der üblichen Einbauebene verbaut werden. Diese untere Ebene von Ultraschallsensoren (zweite Gruppe) hat zum Zweck, niedrige Objekte zu erfassen. Erfindungsgemäß ist die
Sensitivität der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe gegenüber den
Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe erhöht.
Die Erhöhung der Sensitivität der ersten Gruppe (obere Sensorreihe) kann beispielsweise entweder durch Installation der Ultraschallsensoren mit vertikalen Anstellwinkeln und/oder Einbauhöhen deutlich oberhalb der Einbaurichtlinie ermöglicht werden.
Die jeweiligen Richtcharakteristiken der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe weisen in einer bevorzugten Ausführung einen positiven vertikalen Anstellwinkel von insbesondere zwischen 0° bis 15°, relativ zur Horizontalebene auf, sind also nach oben gekippt. Durch diese Ausrichtung erfassen die Sensoren der ersten Gruppe weniger Bodenechos, wodurch die Schwelle für die Erfassung der Echosignale nicht mehr an das Ausblenden von Bodenechos angepasst werden muss. Es kann somit eine (feste oder adaptive) Schwelle für die Detektion von Echosignalen verwendet werden, die es erlaubt, auch schwach reflektierende Objekte, wie beispielsweise Fußgänger zu erkennen. Es erhöht sich demnach die Sensitivität der Ultraschallsensoren bezüglich der Erkennung von Objekten. Die jeweiligen Richtcharakteristiken der Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe sind dabei bevorzugt horizontal ausgerichtet oder weisen einen negativen vertikalen Anstellwinkel relativ zur Horizontalebene auf.
Beide Gruppen von Ultraschallsensoren können beispielsweise in einem
Stoßfänger eines Fahrzeugs installiert sein. Die unterschiedlichen vertikalen Anstellwinkel der beiden Gruppen von Ultraschallsensor werden bevorzugt durch die jeweilige Anordnung der Ultraschallsensoren an einem Fahrzeugbauteil, insbesondere einem Stoßfänger erreicht. Das bedeutet, dass prinzipiell baugleiche Sensormodule verwendet werden können, deren Anstellwinkel durch die Anordnung an dem Fahrzeug, beispielsweise über entsprechende Anbauteile oder Befestigungsmittel eingestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich können in der ersten Gruppe Ultraschallsensoren mit geringeren vertikalen Öffnungswinkeln im Vergleich zu den Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe verwendet werden. Auch der geringere vertikale Öffnungswinkel führt dazu, dass weniger Bodenechos durch die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe empfangen werden und entsprechend eine Schwelle für die Detektion verwendet werden kann, die auch das Erkennen schwach reflektierender Objekte oder weiter entfernter Objekte erlaubt.
Ein geringerer vertikaler Öffnungswinkel kann dabei im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weisen realisiert werden.
Bevorzugt sind die Ultraschallsensoren derart ausgebildet, dass sie in bekannter Weise einen Membrantopf mit einer schwingungsfähigen Membran und einer um die Membran umlaufenden Wandung aufweisen, wobei auf einer Innenseite der Membran ein piezoelektrischer Wandler angeordnet ist. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe können nun einen kleineren Membrandurchmesser aufweisen, aufweisen als die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe, wodurch sich für die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe im Vergleich ein geringerer vertikaler Öffnungswinkel der Richtcharakteristik ergibt.
Alternativ oder zusätzlich können die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe eine höhere Membransteifigkeit aufweisen. Dies führt zu einer im Vergleich erhöhten Resonanzfrequenz des Membrantopfs. Eine höhere Resonanzfrequenz ergibt einen im Vergleich geringeren vertikalen Öffnungswinkel der Richtcharakteristik und führt damit zu einer erhöhten Sensitivität.
Bevorzugt werden die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe mit einer höheren Sendefrequenz betrieben, als die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe. Eine höhere Sendefrequenz ergibt einen im Vergleich geringeren vertikalen
Öffnungswinkel der Richtcharakteristik. Bei der Verwendung von verschiedenen Sendefrequenzen für die beiden Gruppen kann bevorzugt der gleiche
Sensoraufbau und die gleiche Sensorgeometrie, insbesondere der gleiche Membrandurchmesser für die jeweiligen Ultraschallsensoren der beiden Gruppen verwendet werden. Bevorzugt sollte die Sendefrequenz für die erste Gruppe nur soweit erhöht werden, dass die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe noch ausreichend Sensitivität in diesem Frequenzbereich, vorzugsweise >50% bezogen auf die Sensitivität der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe, aufweisen. Eine Variation des vertikalen Öffnungswinkels kann auch durch den Einbau eines Ultraschallsensors in einem trichterförmigen Halter erzielt werden, wobei die in Bezug auf die Objektdetektion erzielte, effektive Richtcharakteristik durch die Geometrie des Trichters beeinflusst wird. Bei einem solchen Einbau schließt die Membran des Ultraschallsensors nicht bündig mit der Oberfläche, z. B. eines Stoßfängers, ab, sondern ist gegenüber dieser zurückgesetzt, so dass der Schall sich durch den davor liegenden Trichter bewegen muss.
Die jeweilige Anzahl der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe ist zunächst nicht beschränkt und muss auch nicht übereinstimmen.
In einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen
Ultraschallsensorsystems weist die zweite Gruppe mindestens so viele
Ultraschallsensoren auf wie die erste Gruppe, wobei lotrecht unter jedem
Ultraschallsensor der ersten Gruppe ein Ultraschallsensor der zweiten Gruppe angeordnet ist. Besonders bevorzugt stimmt die Anzahl der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe überein. Diese Anordnung erlaubt es in besonders vorteilhafter Weise, ein Objekt nicht nur zu erkennen und seinen Abstand zu bestimmen, sondern auch durch eine einfache Trilateration in der Vertikalen auf die Höhe des Reflexes gegenüber dem Boden und damit auf die Höhe des erkannten Objekts zu schließen. Dabei ist weiter bevorzugt, wenn die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe und die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe einen möglichst großen vertikalen Abstand zueinander aufweisen, mit anderen Worten, wenn die erste Einbauhöhe einen möglichst großen
Unterschied zu der zweiten Einbauhöhe aufweist, da so eine Höhenbestimmung des erfassten Objekts durch Trilateration verbessert möglich ist.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung weist die zweite Gruppe mindestens einen Ultraschallsensor mehr auf, als die erste Gruppe, wobei versetzt zwischen je zwei benachbarten Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe ein Ultraschallsensor der ersten Gruppe angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung der Ultraschallsensoren in der oberen Reihe (zweite Gruppe) zwischen den Ultraschallsensoren in der unteren Reihe (erste Gruppe), kann vorteilhaft im Horizontalen der Bereich des Stoßfängers des Fahrzeugs verbessert abgedeckt werden, da der horizontale Abstand zwischen zwei Sensoren reduziert wird. So kann beispielsweise an Stellen, wo ein großer Abstand zwischen benachbarten Sensoren derselben Gruppe nötig ist, (z.B. am Kennzeichenträger) der horizontale Abstand zwischen einem Sensor der ersten Gruppe und dem nächsten Sensor der zweiten Gruppe reduziert werden. Eine Höhenbestimmung kann auch in dieser Anordnung weiterhin durch eine
Trilateration, insbesondere eine 3D-Trilateration, erfolgen.
Insgesamt kann es vorteilhaft sein, in der zweiten Gruppe (untere Reihe) mehr Ultraschallsensoren vorzusehen als in der ersten Gruppe, da insbesondere bei einem Einbau in den Stoßfänger so ein möglichst kompletter Raumbereich um den Stoßfänger und zum Boden hin sensorisch abgedeckt werden kann, zumal die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe weniger sensitiv sind als die die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung können bestimmte oder auch alle der Ultraschallsensoren, insbesondere jedoch die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe, derart angeordnet und ausgerichtet sein bzw. einen derartigen
Anstellwinkel aufweisen, dass Objekte oberhalb des Fahrzeugs, z.B. die Decke eines Parkhauses oder einer Durchfahrt ebenfalls erfasst werden können. So kann beispielsweise erkannt werden, ob eine Durchfahrt für ein Fahrzeug hoch genug ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit mindestens einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die
Ultraschallsensoren des Ultraschallsensorsystems an einem vorderen und/oder an einem hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs oder an der Seite des Fahrzeugs, z. B. innerhalb der B-Säule, angeordnet sind.
Bevorzugt weist die erste Einbauhöhe an dem Fahrzeug der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe einen Wert im Bereich von 50 cm bis 80 cm auf. Die zweite Einbauhöhe weist bevorzugt einen Wert im Bereich von 20 cm bis 40 cm auf. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs mittels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensorsystem vorgeschlagen, wobei mittels der Ultraschallsensoren der ersten Gruppe Objekte erfasst werden, deren Abstand von den
Ultraschallsensoren der ersten Gruppe größer ist als ein Grenzabstand und wobei mittels der Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe Objekte erfasst werden, deren Abstand von den Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe kleiner ist als der Grenzabstand. Der Grenzabstand kann beispielsweise 40 cm betragen.
Durch die Erfindung ergeben sich verschiedene Vorteile: Das erfindungsgemäße Ultraschallsensorsystem weist eine erhöhte Sensitivität für hohe Objekte auf. Es ergibt sich außerdem eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Abdeckung des vertikalen Sichtbereichs des Gesamtsystems. Werden die Ultraschallsensoren wie in vielen herkömmlichen Systemen nur auf einer Ebene bzw. Einbauhöhe verbaut, ergeben sich Totbereiche aufgrund des
eingeschränkten Öffnungswinkels im Vertikalen, sowohl oberhalb als auch unterhalb der Einbauhöhe. Kleine Kinder, deren Körpergröße z.B. in diesem Totbereich unterhalb der Einbauhöhe liegen können gegebenenfalls nicht detektiert werden, wenn sie sich zu nah am Fahrzeug befinden. Durch das erfindungsgemäß ausgebildete Ultraschallsensorsystem kann diese Gefahr vermindert werden. Weiterhin können durch die Verwendung von
Ultraschallsensoren mit vertikal überlappenden Richtcharakteristiken bzw.
Sichtbereichen Sensordefekte durch Plausibilisierung von Echosignalen mit einem weiteren Ultraschallsensor, der ein überlappendes Sichtfeld besitzt, einfacher erkannt werden. Durch die Redundanz kann außerdem eine rechnerische Reduktion der Gesamtfehlerrate des Systems im Hinblick auf die funktionale Sicherheitseinstufung erreicht werden (z.B. Belagserkennung/ Unfallschäden/ Steinschlagschäden). Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit das System als sogenanntes„fail-operational-System“ zu betreiben. Ein„fail- operational-System“ zeichnet sich dadurch aus, dass die Anwendungsfunktion bei einem Defekt einer maximalen Anzahl von Sensoren aufrecht erhalten werden kann. Insgesamt wird eine schnellere Ersterfassung von Objekten durch die höhere Zahl an Echobestätigungen ermöglicht. Ferner ermöglicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ultraschallsensorsystem eine Höhenmessung der erkannten Objekte durch vertikale Trilateration.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Diagramm der Einbauhöhe im Verhältnis zum vertikalen Anstellwinkel eines Ultraschallsensors.
Figur 2a) zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht mit einem
Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 2b) zeigt schematisch jeweils einen Ultraschallsensor der ersten Gruppe und einen Ultraschallsensor der zweiten Gruppe des Ultraschallsensorsystems.
Figur 3a) zeigt in Seitenansicht schematisch ein Fahrzeug mit einem
Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.
Figur 3b) zeigt in Seitenansicht schematisch ein Fahrzeug mit einem
Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht mit einem
Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In Figur 1 ist ein Diagramm 100 dargestellt, in dem auf der x-Achse die
Einbauhöhe h in cm eines beispielhaften Ultraschallsensors eines
Ultraschallsensorsystems zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines
Fahrzeugs gegen dem vertikalen Anstellwinkel ß des Ultraschallsensors aufgetragen ist. Die dargestellten Wertebereiche sind durch den Aufbau des Ultraschallsensors bestimmt und lediglich beispielhaft zu verstehen
Der Bereich an Kombinationen von Einbauhöhe h und Anstellwinkel ß 110, der durch die Kurve 104 nach unten begrenzt ist, für Einbauhöhen von mehr als ca. 46 cm durch die Kurve 106 nach oben begrenzt ist, und für Einbauhöhen von weniger als ca. 46 cm durch die Kurve 107 begrenzt ist, stellt den Bereich von Kombinationen von h und ß dar, den die Ultraschallsensoren typischer
Ultraschallsensorsysteme zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines
Fahrzeugs aufweisen, um sowohl die Anforderungen der Sensitivität als auch die Anforderung, niedrige Objekte noch erfassen zu können, zu erfüllen. Die Kurve
105 stellt dabei den besten Kompromiss da und wurde daher in herkömmlichen Ultraschallsensorsystemen als sogenannte Einbaurichtlinie empfohlen. Die Kurve
106 stellt dabei Kombinationen von Einbauhöhe und vertikalem Anstellwinkel dar, bei denen Echosignale vom Boden gerade noch erfasst werden können G,1 upper limit ground“). Die Kurve 104 stellt Kombinationen von Einbauhöhe und
Anstellwinkel dar, bei denen die Sensitivität gerade noch ausreichend ist GJow limit“)- Die Kurve 107 stellt Kombinationen von Einbauhöhe und Anstellwinkel dar, bei denen gerade noch kein störendes Echosignal von einer Decke, beispielsweise in einer Garage oder in einem Parkhaus empfangen wird G, upper limit ceiling“). Der Bereich 120 ist bei Systemen gemäß dem Stand der Technik unter Umständen erlaubt, wenn eine Anwendung vorliegt, bei der das Erkennen von niedrigen Objekten, wie beispielsweise Bordsteinen, nur eine geringe Bedeutung hat. Beispielsweise sind niedrige Objekte wie Bordsteine bei
Fahrzeugen mit hoher Bodenfreiheit (z.B. Pickup-Trucks) nicht so wichtig. Bei einem kleineren Fahrzeug mit geringerer Bodenfreiheit und geringerem Radstand (z.B. Sportwagen oder„City- Flitzer“) hingegen sind niedrige Objekte relevanter. Der Bereich 125 ist bei Systemen gemäß dem Stand der Technik beispielsweise unter der Bedingung erlaubt, dass die Gesamtreichweite der Ultraschallsensoren begrenzt ist, auf beispielsweise 150 cm, da sonst die Gefahr besteht, ein störendes Echosignal von einer Decke, beispielsweise in einer Garage oder in einem Parkhaus, zu empfangen. Der Bereich 140 oberhalb der Kurven 106 und 107 ist bei Systemen gemäß dem Stand der Technik beispielsweise nicht erlaubt, da das Risiko besteht, ein störendes Echosignal von einer Decke, beispielsweise in einer Garage oder in einem Parkhaus, zu empfangen und gleichzeitig keine Echosignale vom Boden bzw. von sehr niedrigen Objekten zu empfangen. Der Bereich 130 unterhalb der Kurve 104 ist bei Systemen gemäß dem Stand der Technik beispielsweise nicht erlaubt, da durch den hohen Anteil an
empfangenem Bodenecho, die Sensitivität zu niedrig ist.
Die Erfindung erlaubt es nun, auch Ultraschallsensoren in den„verbotenen“ Bereichen anzuordnen bzw. die Form der Bereiche zu verändern. So können die Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe bei einem erfindungsgemäß
ausgebildeten Ultraschallsensorsystem zum Erkennen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs auch mit Kombinationen von Einbauhöhe und vertikalem Anstellwinkel im Bereich 130 ausgebildet sein. Die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe des erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallsensorsystems können Kombinationen von Einbauhöhe und vertikalem Anstellwinkel in
Bereichen 110, 120 und 125 aufweisen, wobei diese Bereiche vergrößert sein können, beispielsweise indem die Ultraschallsensoren der ersten Gruppe einen geringeren Öffnungswinkel in ihrer Richtcharakteristik aufweisen.
In Figur 2a) ist schematisch ein Fahrzeug 10 in Frontansicht mit einem
Ultraschallsensorsystem 20 zum Erkennen von Objekten im Umfeld des
Fahrzeugs 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Ultraschallsensorsystem 20 umfasst zwölf Ultraschallsensoren 12, 14, davon gehören sechs Ultraschallsensoren 12 einer ersten Gruppe 22 von
Ultraschallsensoren an, und sechs Ultraschallsensoren 14 gehören einer zweiten Gruppe 24 an. Die Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 weisen eine erste Einbauhöhe hi an dem Fahrzeug relativ zu einer Fahrbahnebene 40 auf.
Die Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24 weisen eine zweite
Einbauhöhe h2 an dem Fahrzeug relativ zur Fahrbahnebene 40 auf, wobei die erste Einbauhöhe hi größer ist als die zweite Einbauhöhe h2. Erfindungsgemäß weisen die Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 eine höhere Sensitivität für das Erkennen von Objekten auf, als die die Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24. Die Anzahl der Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 entspricht in diesem Beispiel der Anzahl der Ultraschallsensoren 14 der ersten Gruppe 24. Lotrecht über jedem Ultraschallsensor 14 der zweiten Gruppe 24 ist ein Ultraschallsensor 12 der ersten Gruppe 22 angeordnet. Diese Anordnung erlaubt es durch eine einfache Trilateration in der Vertikalen auf die Höhe eines erfassten Echosignals gegenüber der Fahrbahnebene 40 und damit auf die Höhe eines erkannten Objekts zu schließen.
Figur 2b) zeigt schematisch jeweils einen Ultraschallsensor 12 der ersten Gruppe 22 und einen Ultraschallsensor 14 der zweiten Gruppe 24 des
Ultraschallsensorsystems 20 aus Figur 2a). Der Ultraschallsensor 12 weist in diesem Beispiel einen positiven vertikalen Anstellwinkel ß auf. Die
Richtcharakteristik 52 bzw. die Hauptachse 50 der Richtcharakteristik ist relativ zur Horizontalen 45 nach oben geneigt. Der Ultraschallsensor 14 weist eine Richtcharakteristik 54 auf, die relativ zur Horizontalen 45 nicht geneigt ist. Der Öffnungswinkel Ji der Richtcharakteristik 52 des Ultraschallsensors 12 ist kleiner als der Öffnungswinkel y2 der Richtcharakteristik 54 des Ultraschallsensors 14.
Figur 3a) zeigt schematisch in Seitenansicht ein Fahrzeug 10 mit einem herkömmlichen Ultraschallsensorsystem zum Erkennen eines Objekts 80 nach dem Stand der Technik. Das Ultraschallsensorsystem weist zumindest einen Ultraschallsensor 16 auf, der in einer bestimmten Einbauhöhe hs relativ zur Fahrbahnebene 40 montiert ist. Die Einbauhöhe hs beträgt beispielsweise 50 cm. Dargestellt ist die Richtcharakteristik 56 bzw. das vertikale Sichtfeld des
Ultraschallsensors 16. Dieses weist einen Öffnungswinkel s auf und weist außerdem in diesem Beispiel keine Neigung der Hauptachse zur Horizontalen 45 auf. Man erkennt, dass das Sichtfeld bei einer Entfernung do die Fahrbahnebene 40 schneidet. Niedrige Objekte die sich näher als dieser Grenzabstand do am Fahrzeug befinden, also ungefähr in dem Lückenbereich 58 werden von dem Ultraschallsensor 16 eventuell gar nicht oder nur sehr unzuverlässig erkannt.
Dies kann eine Gefahr für das Fahrzeug oder auch für das Objekt führen.
Figur 3b) zeigt schematisch in Seitenansicht ein Fahrzeug 10 mit einem
Ultraschallsensorsystem 20 zum Erkennen eines Objekts 80 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ultraschallsensorsystem 20 weist zwei Gruppen 22, 24 von Ultraschallsensoren 12, 14 auf, die jeweils in einer bestimmten ersten bzw. zweiten Einbauhöhe hi und h2 relativ zur Fahrbahnebene 40 montiert ist. Die Einbauhöhe hi beträgt beispielsweise 50 cm. Die Einbauhöhe h2 beträgt beispielsweise 30 cm. Dargestellt ist die Richtcharakteristik 52 bzw. das vertikale Sichtfeld eines Ultraschallsensors 12 der ersten Gruppe 22 mit Einbauhöhe hi. Dieses weist in diesem Beispiel keine Neigung der Hauptachse zur Horizontalen 45 auf, jedoch ist der Öffnungswinkel yi der Richtcharakteristik 52 im Vergleich zum Öffnungswinkel ys gemäß dem Stand der Technik nach Figur 2 a) kleiner. Dies führt dazu, dass das Sichtfeld bei einer Entfernung di die Fahrbahnebene 40 schneidet, wobei di größer ist als do. Dies hat den Effekt, dass weniger Bodenechos durch den Ultraschallsensor 12 empfangen werden bzw. dass Bodenechos mit einer geringeren Intensität empfangen werden, so dass die Detektionsschwelle des Ultraschallsensor 12 entsprechend
empfindlicher gewählt werden kann. Der Ultraschallsensor 12 weist demnach eine höhere Sensitivität, insbesondere für hohe Objekte, auf als der
Ultraschallsensor 16 des Stands der Technik. Niedrige Objekte 80 die sich näher als der Grenzabstand di am Fahrzeug 10 befinden, werden jedoch von dem Ultraschallsensor 12 nicht oder nur sehr unzuverlässig erkannt. Diese
Detektionslücke ist erfindungsgemäß durch Hinzunahme der zweiten Gruppe 24 von Ultraschallsensoren 14 geschlossen. Der Ultraschallsensor 14 weist ein Sichtfeld bzw. eine Richtcharakteristik 54 auf, die den Bereich der nahen und niedrigen Objekte 81 im Wesentlichen abdeckt und damit ein zuverlässiges Erkennen derartiger Objekte 81 ermöglicht.
In Figur 4 ist schematisch ein Fahrzeug 10 in Frontansicht mit einem
Ultraschallsensorsystem 20 zum Erkennen von Objekten im Umfeld des
Fahrzeugs 10 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Ultraschallsensorsystem 20 umfasst hier elf Ultraschallsensoren 12, 14, davon gehören fünf Ultraschallsensoren 12 einer ersten Gruppe 22 von
Ultraschallsensoren an, und sechs Ultraschallsensoren 14 gehören einer zweiten Gruppe 24 an. Die Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 weisen eine erste Einbauhöhe hi an dem Fahrzeug relativ zu einer Fahrbahnebene 40 auf.
Die Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24 weisen eine zweite
Einbauhöhe h2 an dem Fahrzeug relativ zur Fahrbahnebene 40 auf, wobei die erste Einbauhöhe hi größer ist als die zweite Einbauhöhe h2. Erfindungsgemäß weisen die Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 eine höhere Sensitivität für das Erkennen von Objekten auf, als die die Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24.
Die Anzahl der Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24 entspricht in diesem Beispiel der Anzahl der Ultraschallsensoren 12 der ersten Gruppe 22 plus eins. Versetzt zwischen je zwei benachbarten Ultraschallsensoren 14 der zweiten Gruppe 24 ist jeweils ein Ultraschallsensor 12 der ersten Gruppe 22 angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Ultraschallsensoren 12 in der oberen Reihe (zweite Gruppe 22) zwischen den Ultraschallsensoren 14 in der unteren Reihe (erste Gruppe 24), kann vorteilhaft im Horizontalen der Bereich des Stoßfängers des Fahrzeugs verbessert abgedeckt werden, da der horizontale Abstand x zwischen zwei benachbarten Ultraschallsensoren 12, 14 reduziert ist, beispielsweise im Vergleich zu einer Anordnung gemäß Figur 2 a).
So kann beispielsweise an Stellen 15, wo ein großer Abstand zwischen benachbarten Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe 24 nötig ist, (z.B. am Kennzeichenträger) der horizontale Abstand x zwischen einem Sensor 12 der ersten Gruppe und dem nächsten Sensor 14 der zweiten Gruppe reduziert werden. Damit ergibt sich auch im Bereich 15 des Kennzeichens eine ausreichende Sensorabdeckung um die zuverlässige Erfassung von niedrigen Objekten zu gewährleisten.

Claims

Ansprüche
1. Ultraschallsensorsystem (20) zum Erkennen von Objekten (80, 81) im Umfeld eines Fahrzeugs (10), umfassend eine erste Gruppe (22) von Ultraschallsensoren (12) und eine zweite Gruppe (24) von
Ultraschallsensoren (14), wobei die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) jeweils eine erste Einbauhöhe (hi) an dem Fahrzeug (10) aufweisen und die Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) jeweils eine zweite Einbauhöhe (h2) an dem Fahrzeug (10) aufweisen, wobei die erste Einbauhöhe (hi) größer ist als die zweite Einbauhöhe (h2), dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) eine höhere Sensitivität für das Erkennen von Objekten (80, 81) aufweisen als die Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24).
2. Ultraschallsensorsystem (20) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Richtcharakteristiken (52) der Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) einen positiven vertikalen Anstellwinkel (ß) relativ zur Horizontalebene (45), insbesondere in einem Bereich von +0° bis +15°, aufweisen.
3. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die die jeweiligen Richtcharakteristiken (54) der Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) horizontal ausgerichtet sind oder einen negativen vertikalen Anstellwinkel (ß) relativ zur Horizontalebene (45) aufweisen.
4. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Richtcharakteristiken (52) der Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) einen kleineren vertikalen Öffnungswinkel (g) aufweisen als die jeweiligen
Richtcharakteristiken (54) der Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24).
5. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe (24) mindestens so viele Ultraschallsensoren (14) aufweist wie die erste Gruppe (22), wobei lotrecht unter jedem Ultraschallsensor (14) der ersten Gruppe (22) ein Ultraschallsensor (12) der zweiten Gruppe (24) angeordnet ist.
6. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe (24) mindestens einen
Ultraschallsensor (14) mehr aufweist, als die erste Gruppe (22), wobei versetzt zwischen je zwei benachbarten Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) ein Ultraschallsensor (12) der ersten Gruppe (22) angeordnet ist.
7. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) baugleich zu den Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) ausgebildet sind wobei die unterschiedlichen vertikalen Anstellwinkel (ß) durch die jeweilige Installation der Ultraschallsensoren (12, 14) an einem Fahrzeugbauteil, insbesondere einem Stoßfänger bedingt ist.
8. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (12, 14) einen
Membrantopf (60) mit einer schwingungsfähigen Membran und einer um die Membran umlaufenden Wandung aufweisen, wobei auf einer Innenseite der Membran ein piezoelektrischer Wandler angeordnet ist, wobei die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) einen kleineren Membrandurchmesser und/oder eine höhere
Membransteifigkeit aufweisen als die Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24).
9. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) und/ oder die Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) jeweils einen trichterförmigen Halter aufweisen, wobei die
Richtcharakteristik der Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) und/ oder die Richtcharakteristik der Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) den trichterförmigen Halter beeinflusst wird.
10. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) mit einer höheren Sendefrequenz betrieben werden, als die
Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24).
11. Ultraschallsensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte der Ultraschallsensoren (12, 14), insbesondere die Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) derart angeordnet und ausgerichtet sein bzw. einen derartigen
Anstellwinkel aufweisen, dass Objekte oberhalb des Fahrzeugs (10) erfassbar sind.
12. Fahrzeug (10) mit mindestens einem Ultraschallsensorsystem (20) zum Erkennen von Objekten (80, 81) im Umfeld des Fahrzeugs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Ultraschallsensoren (12, 14) des Ultraschallsensorsystems (20) an einem vorderen und/oder an einem hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs (10) angeordnet sind.
13. Fahrzeug (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einbauhöhe (hi) einen Wert im Bereich von 50 cm bis 80 cm aufweist und die zweite Einbauhöhe (h2) einen Wert im Bereich von 20 cm bis 40 cm aufweist.
14. Verfahren zum Erkennen von Objekten (80, 81) im Umfeld eines
Fahrzeugs (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13 mittels eines Ultraschallsensorsystems (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mittels der Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) Objekte (80, 81) erfasst werden, deren Abstand von den Ultraschallsensoren (12) der ersten Gruppe (22) größer ist als ein Grenzabstand (di) und wobei mittels der Ultraschallsensoren (14) der zweiten Gruppe (24) Objekte erfasst werden, deren Abstand von den Ultraschallsensoren der zweiten Gruppe kleiner ist als der Grenzabstand (di).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzabstand (di) 40 cm beträgt.
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