EP4022347A1 - Ultraschallsensorsystem, verfahren zum betreiben von ultraschallsensoren und kraftfahrzeug - Google Patents

Ultraschallsensorsystem, verfahren zum betreiben von ultraschallsensoren und kraftfahrzeug

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EP4022347A1
EP4022347A1 EP20767967.1A EP20767967A EP4022347A1 EP 4022347 A1 EP4022347 A1 EP 4022347A1 EP 20767967 A EP20767967 A EP 20767967A EP 4022347 A1 EP4022347 A1 EP 4022347A1
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EP
European Patent Office
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signals
ultrasonic
ultrasonic signals
signal pulses
elementary
Prior art date
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Application number
EP20767967.1A
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English (en)
French (fr)
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Peter SÄTTELE
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Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Filing date
Publication date
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    • G01S2015/932—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles for parking operations

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic sensor system for a motor vehicle, a method for operating ultrasonic sensors for a motor vehicle and a motor vehicle.
  • the signal pulses of the plurality of signal pulses differ from one another in terms of their modulation.
  • one of the states +1 and -1 can correspond to a frequency of 49 kHz and a second state can correspond to a frequency of 41 kHz.
  • the states +1 and -1 can also be implemented by shifting the phase of a transmission signal within a predetermined number of oscillations. Provision can also be made to implement the states +1 and -1 by keying a transmission signal, i.e. shifts by 90 degrees or 180 degrees.
  • the signal pulses of the plurality of signal pulses include Barker codes or Gold codes.
  • the evaluation device is designed to evaluate the received ultrasonic signals by means of maximum likelihood sequence estimation in order to assign the received ultrasonic signals to the transmitted ultrasonic signals.
  • the evaluation devices 51 to 5n analyze the ultrasonic signals received by the corresponding receiver device 41 to 4n of the ultrasonic sensors 21 to 2n in order to assign the ultrasonic signals to the respective ultrasonic sensors 21 to 2n.
  • the evaluation device 51 to 5n of a respective ultrasonic sensor 21 to 2n can be designed to extract the ultrasonic signal that was transmitted by the corresponding transmitting device 31 to 3n of the ultrasonic sensor 21 to 2n.
  • the evaluation device 51 to 5n comprises software and / or hardware components, such as CPUs (English: central processing unit), GPUs (English: graphics processing unit), microcontrollers, integrated circuits (English: integrated circuits), ASICs (English: application-specific integrated circuits), FPGAs (field programmable gate array) or the like. Furthermore, the evaluation device 51 to 5n can have volatile or non-volatile memory in order to receive ultrasonic signals, Store analysis results or data required for the analysis.
  • Ultrasonic signals 71 to 7n are emitted at the same time.
  • the ultrasonic signals 71 to 7n are generated in such a way that they differ from one another by the sequence of elementary signals.
  • the elementary signals from which the ultrasonic signals 71 to 7n are made up include signal pauses and at least two different types of signal pulses.
  • the signal pulses can differ from one another, for example, in terms of their modulation.
  • Signal pulses can include positive chirps and negative chirps, for example.
  • the signal pulses can also include Barker codes or Gold codes.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a motor vehicle according to an embodiment of the invention.
  • the motor vehicle F comprises an above-described ultrasonic sensor system 1 with a multiplicity of ultrasonic sensors 21 to 2n.
  • the motor vehicle F can have eight to twelve ultrasonic sensors 21 to 2n, for example. However, the invention is not limited to such a number. Thus, fewer than eight or more than twelve ultrasonic sensors 21 to 2n can be arranged on the motor vehicle F.
  • the motor vehicle F can further comprise an evaluation device for evaluating the ultrasonic signals, for example by means of trilateration.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren (21-2n) für ein Kraftfahrzeug (F), mit den Schritten: Aussenden von einer Vielzahl von Ultraschallsignalen (71-7n) durch jeweilige Ultraschallsensoren (21-2n), wobei die Ultraschallsignale (71-7n) aus einer Abfolge von Elementarsignalen (711-7nk) bestehen, wobei die Elementarsignale (711-7nk) Signalpausen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulsen umfassen, und wobei sich die Ultraschallsignale (71-7n) durch die Abfolge der Elementarsignale (711-7nk) voneinander unterscheiden; und Empfangen von reflektierten Ultraschallsignalen (71-7n), wobei die empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) anhand der Abfolgen der Elementarsignale (711-7nk) den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) zugeordnet werden.

Description

ULTRASCHALLSENSORSYSTEM, VERFAHREN ZUM BETREIBEN VON ULTRASCHALLSENSOREN UND KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensorsystem für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug .
Ultraschallsensoren umfassen eine Sendeeinrichtung, welche Ultraschallsignale aussendet, die sich in der Luft mit Schallgeschwindigkeit von etwa 340 Meter pro Sekunde fortpflanzt. Das Ultraschallsignal wird an Objekten in der Umgebung reflektiert und von einer Empfängereinrichtung des Ultraschallsensors detektiert. Anhand der Laufzeitdifferenz zwischen dem Sendezeitpunkt und dem Empfangszeitpunkt kann unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals der Abstand zum Objekt bestimmt werden.
Ultraschallsensoren werden für Kraftfahrzeuge zur Umfelderfassung im Nahbereich bis etwa 7 Meter eingesetzt. Besondere Bedeutung spielen Ultraschallsensoren bei Parkanwendungen, etwa der Parkdistanzmessung, Parklückensuche oder beim automatisierten Parken. Die bei Parkvorgängen typischen Abstände und Geschwindigkeiten erfordern einen möglichst kleinen minimalen Abstand im Bereich von wenigen Zentimetern, eine möglichst hohe Abtastrate und eine möglichst geringe Anfälligkeit gegenüber Störsignalen, wozu Ultraschallsignale von Eigensystemen oder Fremdsystemen sowie nicht korrelierte Quellen zählen. Der nutzbare Frequenzbereich, welcher mit diesen Anforderungen kompatibel ist, liegt hierbei zwischen etwa 45 kHz und 55 kHz.
Während das Ultraschallsignal ausgesendet wird, ist ein Signalempfang nicht möglich, sodass Rückstreuungen von Objekten innerhalb einer „blinden Zone" in unmittelbarer Nähe des Ultraschallsensors nicht erkannt werden können. Die sich daraus ergebende minimale Messdistanz wird durch die Pulsdauer des Sendesignals beeinflusst, welche folglich möglichst kurz sein muss.
In Kraftfahrzeugen ist typischerweise eine Vielzahl von Ultraschallsensoren verbaut. Zur Auswertung der Ultraschallsignale, etwa zur Ortsbestimmung der Objekte mittels Trilateration, ist es erforderlich, dass die empfangenen reflektierten Ultraschallsignale den jeweiligen Ultraschallsensoren eindeutig zugeordnet werden, welche das Ultraschallsignale ausgesendet haben. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die einzelnen Sensoren in einem ausreichend großen zeitlichen Abstand Ultraschallsignale aussenden, sodass die jeweiligen Echos unter Berücksichtigung der maximalen Reichweite mit hoher Wahrscheinlichkeit abgeklungen sind, bevor der nächste Sensor ein Ultraschallsignal aussendet. Für eine Messdistanz von etwa 5 Metern ergibt sich unter Berücksichtigung einer gewissen Schutzzeit ein zeitlicher Mindestabstand zweier aufeinanderfolgender Ultraschallsignale von etwa 50 ms, sodass sich bei einer Vielzahl von Ultraschallsensoren Zeiten von 250 ms und mehr zur Abtastung einer Fahrzeugseite ergeben, was insbesondere für das automatisierte Parken zu Einschränkungen bezüglich der Geschwindigkeit der Parklückensuche und der Fahrmanöver führt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zuordnung der reflektierten Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Ultraschallsensorsystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren für ein Kraftfahrzeug, wobei eine Vielzahl von Ultraschallsignalen durch jeweilige Ultraschallsensoren ausgesendet wird. Die Ultraschallsignale bestehen aus einer Abfolge von Elementarsignalen. Die Elementarsignale umfassend Signalpausen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulsen. Die Ultraschallsignale unterscheiden sich durch die Abfolge der Elementarsignale voneinander. Reflektierte Ultraschallsignale werden empfangen. Die empfangenen reflektierten Ultraschallsignale werden anhand der Abfolgen der Elementarsignale den ausgesendeten Ultraschallsignalen zugeordnet .
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach ein Ultraschallsensorsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinrichtung, einer Empfängereinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Die Sendeeinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Vielzahl von Ultraschallsignalen auszusenden. Die Ultraschallsignale bestehen aus einer Abfolge von Elementarsignalen. Die Elementarsignale umfassend Signalpausen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulsen. Die Ultraschallsignale unterscheiden sich durch die Abfolge der Elementarsignale voneinander. Die Empfängereinrichtung empfängt die reflektierten Ultraschallsignale. Die Auswerteeinrichtung ordnet die empfangenen reflektierten Ultraschallsignale anhand der Abfolgen der Elementarsignale den ausgesendeten Ultraschallsignalen zu.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem erfindungsgemäßen UltraschallsensorSystem. Eine der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, Ultraschallsignale bereitzustellen, welche sich aufgrund der für das jeweilige Ultraschallsignal typischen Abfolge von Elementarsignalen voneinander unterscheiden lassen. Die Erfindung basiert hierzu auf einem Puls-Pausen- Codierverfahren, welches eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulse umfasst, d.h. mindestens zwei Signalimpulse. Zur Verwendung der Ultraschallsignale werden demnach mindestens drei verschiedene Elementarsignale verwendet, nämlich Signalpausen sowie mindestens zwei verschiedene Signalpulse. Dadurch entsteht ein mindestens dreiwertiger Satz von Elementarsignalen, sodass Code-Sequenzen erzeugt werden können, welche sich gegenüber der Verwendung von zweiwertigen Sequenzen bei gleicher Länge durch eine höhere Signalenergie und einen größeren Code-Abstand, d.h. eine kleinere Kreuzkorrelationsenergie, auszeichnen. Der zur Generierung der Ultraschallsignale verwendete Signalraum ist somit gegenüber der Verwendung zweiwertiger Sequenzen um mindestens eine Dimension erweitert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren sind die Elementarsignale zueinander orthogonal. Unter orthogonalen Elementarsignalen können derartige Signale verstanden werden, deren Korrelationsfunktionen gewisse Nebenbedingungen erfüllen. Insbesondere kann gefordert werden, dass die Autokorrelationsfunktion einen deutlich ausgeprägten Hauptpeak und nur geringe Nebenpeaks aufweist. Weiter kann gefordert werden, dass die Kreuzkorrelationen möglichst gering, d.h. kleiner als vorgegebene Schwellwerte sind. Die Orthogonalität der Elementarsignale kann auch anhand des Korrelationsfaktors bestimmt werden, welcher die Ähnlichkeit zweier Signale beschreibt. Verschwindet der Korrelationsfaktor, sind die Signale orthogonal. Die Orthogonalität erlaubt eine einfachere Separierung der Elementarsignale, sodass das reflektierte Ultraschallsignal einfacher dem ausgesendeten Ultraschallsignal bzw. dem entsprechenden Ultraschallsensor zugeordnet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren unterscheiden sich die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen durch ihre Modulation voneinander.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren umfassen die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen positive Chirps (bzw. Chirp-up- Signale) und negative Chirps (bzw. Chirp-down-Signale). Beispielsweise kann innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Schwingungen, etwa innerhalb von 8 Schwingungen, eine Frequenz des Signalpulses von einem unteren Grenzwert zu einem oberen Grenzwert verändert werden. Der untere Grenzwert kann beispielweise in einem Bereich zwischen 45 kHz und 48 kHz liegen. Vorzugsweise weist der untere Grenzwert einen Wert von 48 kHz auf. Der obere Grenzwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 51 kHz und 55 kHz liegen. Vorzugsweise weist der obere Grenzwert einen Wert von 51 kHz auf. Durch Verwendung entsprechender Filter können Signalpulse mit ansteigender Frequenz, d.h. positive Chirps, von Signalpulsen mit abnehmender Frequenz, d.h. negativen Chirps, unterschieden werden. Positive Chirps und negative Chirps können somit als im Wesentlichen orthogonale Elementarsignale betrachtet. Durch Verwendung von Pausen, positiven Chirps und negativen Chirps stehen dadurch drei Elementarsignale zur Verfügung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren umfassen die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen Barker-Codes oder Gold-Codes. Gold-Codes sind binäre Sequenzen mit geringen
Kreuzkorrelationen. Ein Barker-Code ist ein binärer Code mit minimaler Autokorrelation. Insbesondere können die Elementarsignale Barker-Codes mit Länge 2, d.h. +1 -1 und +1 +1, umfassen. Die Elementarsignale können auch Barker-Codes mit Länge 4 umfassen, d.h. +1 -1 +1 +1 und +1 -1 -1 -1. Die Zustände +1 und -1 können beispielweise durch unterschiedliche Frequenzen dargestellt werden.
Beispielsweise kann einer der Zustände +1 und -1 einer Frequenz von 49 kHz entsprechen und ein zweiter Zustand kann einer Frequenz von 41 kHz entsprechen. Die Zustände +1 und -1 können weiter durch Phasenverschiebungen eines Sendesignals innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Schwingungen realisiert werden. Weiter kann vorgesehen sein, die Zustände +1 und -1 durch Umtasten eines Sendesignals zu realisieren, d.h. Verschiebungen um 90 Grad oder 180 Grad.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren umfasst das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen ein Filtern der empfangenen Ultraschallsignale mittels Korrelationsfilter bzw. Optimalfilter. Die Korrelationsfilter erlauben es, zwischen unterschiedlichen Signalpulsen zu unterscheiden, etwa zwischen positiven und negativen Chirps oder zwischen verschiedenen Barker-Codes oder Gold-Codes.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren umfasst das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen ein Filtern der empfangenen Ultraschallsignale mittels Transversalfilter. Anhand der Transversalfilter ist es möglich, zwischen Signalpausen und Signalpulsen zu unterscheiden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren können sowohl Korrelationsfilter als auch Transversalfilter beim Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen verwendet werden. Die Ultraschallsignale umfassen Sequenzen von korrelierbaren Elementarsignalen, das heißt Korrelationssequenzen, umfassend Signalpausen und Signalpulse. Die Transversalfilter erlauben eine Unterscheidung zwischen Signalpausen und Signalpulsen, während die Korrelationsfilter verschiedene Signalpulse voneinander unterscheiden. Da sich die Korrelationssequenzen einem Ultraschallsensor eindeutig zuordnen lassen, kann entsprechend auch das empfangene Ultraschallsignal einem ausgesendeten Ultraschallsignal bzw. einem entsprechenden Ultraschallsensor eindeutig zugeordnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren umfasst das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen ein Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale mittels Maximum-Likelihood- SequenzSchätzung .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des
Ultraschallsensorsystems sind die Elementarsignale zueinander orthogonal.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des
Ultraschallsensorsystems unterscheiden sich die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen durch ihre Modulation voneinander.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Ultraschallsensorsystems umfassen die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen positive Chirps und negative Chirps.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Ultraschallsensorsystems umfassen die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen Barker-Codes oder Gold-Codes.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des
Ultraschallsensorsystems ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die empfangenen Ultraschallsignale mittels Korrelationsfilter zu filtern, um die empfangenen Ultraschallsignale den ausgesendeten Ultraschallsignalen zuzuordnen .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des
Ultraschallsensorsystems ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die empfangenen Ultraschallsignale mittels Transversalfilter zu filtern, um die empfangenen Ultraschallsignale den ausgesendeten Ultraschallsignalen zuzuordnen. Insbesondere können sowohl Korrelationsfilter als auch Transversalfilter beim Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des
Ultraschallsensorsystems ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die empfangenen Ultraschallsignale mittels Maximum-Likelihood-Sequenzschät zung auszuwerten, um die empfangenen Ultraschallsignale den ausgesendeten Ultraschallsignalen zuzuordnen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines
Ultraschallsensorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von
UltraschallSignalen verschiedener Ultraschallsensoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm eines
Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Sofern sinnvoll lassen sich die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und
Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ultraschallsensorsystems 1.
Das Ultraschallsensorsystem 1 umfasst eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 21 bis 2n, welche jeweils eine Sendeeinrichtung 31 bis 3n, eine Empfängereinrichtung 41 bis 4n und eine Auswerteeinrichtung 51 bis 5n aufweisen.
Die Sendeeinrichtungen 31 bis 3n und die
Empfängereinrichtungen 41 bis 4n der Ultraschallsensoren 21 bis 2n können Piezokeramiken als Transducer aufweisen, d.h. als aktive Sende- bzw. Empfangs-Wandlerelemente ausgestaltet sein. Diese fungieren als resonante Schwingerelemente, was einen hohen Wirkungsgrad bedingt. Die Sendeeinrichtungen 31 bis 3n senden jeweilige Ultraschallsignale aus. Jedes Ultraschallsignal ist aus Elementarsignalen aufgebaut, welche Signalpausen und mindestens zwei unterschiedliche Signalpulse umfassen. Verschiedene Signalpulse können sich beispielweise durch ihre Modulation voneinander unterscheiden. Beispielsweise können zwei verschiedene Signalpulse vorgesehen sein, nämlich positive Chirps und negative Chirps. In diesem Fall stehen somit drei Elementarsignale zur Verfügung, nämlich Signalpausen, positive und negative Chirps, um die Ultraschallsignale zu generieren. Im Vergleich zu Verfahren mit lediglich zwei Elementarsignalen, etwa Signalpulsen und Signalpausen oder positiven und negativen Chirps, stehen dadurch mehr Möglichkeiten zur Verfügung, voneinander verschiedene Ultraschallsignale aufzubauen.
Die Empfängereinrichtungen 41 bis 4n empfangen die Ultraschallsignale, welche an Objekten in einer Umgebung der Ultraschallsensoren 21 bis 2n reflektiert wurden.
Die Auswerteeinrichtungen 51 bis 5n analysieren die von der entsprechenden Empfängereinrichtung 41 bis 4n der Ultraschallsensoren 21 bis 2n empfangenen Ultraschallsignale, um die Ultraschallsignale den jeweiligen Ultraschallsensoren 21 bis 2n zuzuordnen. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n eines jeweiligen Ultraschallsensors 21 bis 2n dazu ausgebildet sein, das Ultraschallsignal zu extrahieren, das von der entsprechenden Sendeeinrichtung 31 bis 3n des Ultraschallsensors 21 bis 2n ausgesendet wurde.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass das Ultraschallsensorsystem 1 nur eine einzige Auswerteeinrichtung aufweist, welche die von den Empfängereinrichtungen 41 bis 4n empfangenen
Ultraschallsignale auswertet. Diese kann sämtliche empfangene Ultraschallsignale den jeweiligen ausgesendeten Ultraschallsignalen bzw. dadurch den jeweiligen Ultraschallsensoren 21 bis 2n zuordnen.
Das Ultraschallsensorsystem 1 umfasst weiter eine Steuereinrichtung 6, welche die Ultraschallsensoren 21 bis 2n steuert. Die Steuereinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, die Sendeeinrichtungen 31 bis 3n derart anzusteuern, dass eine für ein gewisses Ultraschallsignal verwendete Abfolge von Elementarsignalen zumindest innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht erneut für ein weiteres Ultraschallsignal eines anderen Ultraschallsensors 21 bis 2n verwendet wird.
Das Zeitfenster wird derart gewählt, dass unter Berücksichtigung der maximalen Reichweite entsprechende Echos mit hoher Wahrscheinlichkeit abgeklungen sind. Für eine Messdistanz von 5 Metern kann beispielweise unter Berücksichtigung einer entsprechenden Schutzzeit, d.h. eines Sicherheitspuffers, ein Zeitfenster von 50 ms gewählt werden. Allgemein kann das Zeitfenster beispielweise mindestens 20 ms, mindestens 50 ms oder mindestens 100 ms betragen.
Im Folgenden wird die Analyse der empfangenen
Ultraschallsignale für eine beispielhafte Auswerteeinrichtung 51 bis 5n eines Ultraschallsensors 21 bis 2n genauer beschrieben. Es versteht sich, dass die Analyse für den Fall, dass das Ultraschallsensorsystem 1 nur eine einzige Auswerteeinrichtung aufweist, analog erfolgt.
Die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n umfasst Software- und/oder Hardwarekomponenten, etwa CPUs (englisch: central processing unit), GPUs (englisch: graphics processing unit), Mikrokontroller, integrierte Schaltkreise (englisch: integrated circuits), ASICs (englisch: application-specific integrated circuits), FPGAs (englisch: field programmable gate array) oder dergleichen. Weiter kann die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n flüchtige oder nichtflüchtige Speicher aufweisen, um empfangene Ultraschallsignale, Analyseergebnisse oder für die Analyse erforderliche Daten zu speichern.
Die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n kann mehrere Filter umfassen, um die empfangenen Ultraschallsignale zu filtern. Mittels Transversalfilter kann die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n Signalpausen und Signalpulse unterscheiden. Mittels Korrelationsfilter kann die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n verschiedene Signalpulse voneinander unterscheiden. Die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n kann zuerst mittels Transversalfilter und anschließend mittels Korrelationsfilter filtern oder umgekehrt.
Durch die Analyse der Ultraschallsignale rekonstruiert die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n die Abfolge der Elementarsignale der empfangenen Ultraschallsignale. Anhand einer vorbestimmten Zuordnung der Abfolgen der Elementarsignale zu den einzelnen Ultraschallsensoren 21 bis 2n erkennt die Auswerteeinrichtung 51 bis 5n, welcher Ultraschallsensor 21-2n das Ultraschallsignal ausgesendet hat.
Da sich die Korrelationssequenzen einem Ultraschallsensor 12 bis 2n eindeutig zuordnen lassen, kann entsprechend auch das empfangene Ultraschallsignal einem ausgesendeten Ultraschallsignal bzw. einem entsprechenden Ultraschallsensor 21 bis 2n eindeutig zugeordnet werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung von Ultraschallsignalen 71 bis 7n verschiedener
Ultraschallsensoren 21 bis 2n. Jedes Ultraschallsignal 71 bis 7n besteht aus einer Abfolge von Elementarsignalen 711-71m bis 7nl-7nk, wobei die Anzahl m, k der Elementarsignale 711- 71m bis 7nl-7nk für jedes Ultraschallsignal 71 bis 7n gleich sein kann, sich gemäß weiterer Ausführungsformen aber auch unterscheiden kann. Die verschiedenen Ultraschallsignale 71 bis 7n unterscheiden sich in der Abfolge der Elementarsignale 711-71m bis 7nl-7nk.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben von Ultraschallsensoren für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren ist insbesondere mittels eines oben beschriebenen Ultraschallsensorsystems 1 durchführbar.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden mehrere Ultraschallsignale 71 bis 7n durch jeweilige Ultraschallsensoren 21 bis 2n ausgesendet. Die Ultraschallsignale 71 bis 7n können zeitlich nacheinander oder auch zumindest teilweise zeitlich überlappend ausgesendet werden. Insbesondere können die
Ultraschallsignale 71 bis 7n zeitgleich ausgesendet werden. Die Ultraschallsignale 71 bis 7n werden derart generiert, dass sie sich durch die Abfolge von Elementarsignalen voneinander unterscheiden. Die Elementarsignale, aus welchen die Ultraschallsignale 71 bis 7n aufgebaut sind, umfassend Signalpausen und mindestens zwei verschiedene Arten von Signalpulsen. Die Signalpulse können sich beispielweise durch ihre Modulation voneinander unterscheiden. Signalpulse können Beispielweise positive Chirps und negative Chirps umfassen. Die Signalpulse können auch Barker-Codes oder Gold-Codes umfassen.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 werden die an Objekten reflektierte Ultraschallsignale 71 bis 7n empfangen. Die empfangenen Ultraschallsignale werden analysiert, um die Abfolgen der Elementarsignale zu rekonstruieren. Anhand der Abfolgen der Elementarsignale werden die empfangenen Ultraschallsignale 71 bis 7n den ausgesendeten Ultraschallsignalen zugeordnet. Zum Analysieren der Ultraschallsignale können Filter verwendet werden, insbesondere Korrelationsfilter und/oder Transversalfilter. Das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen kann eine Auswertung mittels Maximum-Likelihood-Sequenzschätzung umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S3 können die analysierten Ultraschallsignale weiter ausgewertet werden, um beispielweise mittels Trilateration, d.h. Ortsbestimmung von Zielen durch Schnittpunktbildung, Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs F zu lokalisieren.
Figur 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftfahrzeug F umfasst ein oben beschriebenes Ultraschallsensorsystem 1 mit einer Vielzahl von Ultraschallsensoren 21 bis 2n. Der Kraftfahrzeug F kann beispielsweise acht bis zwölf Ultraschallsensoren 21 bis 2n aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Anzahl beschränkt. So können auch weniger als acht oder mehr als zwölf Ultraschallsensoren 21 bis 2n am Kraftfahrzeug F angeordnet sein. Das Kraftfahrzeug F kann weiter eine Auswertevorrichtung zum Auswerten der Ultraschallsignale umfassen, etwa mittels Trilateration.
BEZUGSZEICHEN
1 UltraschallsensorSystem
21 bis 2n UltraschallSensoren 31 bis 3n Sendeeinrichtungen 41 bis 4n Empfängereinrichtungen 51 bis 5n Auswerteeinrichtungen 6 Steuereinrichtung
71-7n UltraschallSignale
711-71m ElementarSignale
7nl-7nk ElementarSignale

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren (21-2n) für ein Kraftfahrzeug (F), mit den Schritten:
Aussenden (Sl) von einer Vielzahl von Ultraschallsignalen (71-7n) durch jeweilige Ultraschallsensoren (21-2n), wobei die Ultraschallsignale (71-7n) aus einer Abfolge von Elementarsignalen (711-7nk) bestehen, wobei die Elementarsignale (711-7nk) Signalpausen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulsen umfassen, und wobei sich die Ultraschallsignale (71-7n) durch die Abfolge der Elementarsignale (711-7nk) voneinander unterscheiden; und
Empfangen (S2) von reflektierten Ultraschallsignalen (71-7n), wobei die empfangenen Ultraschallsignale (71— 7n) anhand der Abfolgen der Elementarsignale (711-7nk) den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elementarsignale
(711-7nk) zueinander orthogonal sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen durch ihre Modulation voneinander unterscheiden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen positive Chirps und negative Chirps umfassen.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen Barker- Codes oder Gold-Codes umfassen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) ein Filtern der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) mittels Korrelationsfilter und/oder Transversalfilter umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) zu den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) ein Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) mittels Maximum-Likelihood-Sequenzschätzung umfasst.
8. Ultraschallsensorsystem (1) für ein Kraftfahrzeug (F), mit: einer Vielzahl von Sendeeinrichtungen (31-3n), welche dazu ausgebildet sind, jeweilige Ultraschallsignale (71— 7n) auszusenden, wobei die Ultraschallsignale (71-7n) aus einer Abfolge von Elementarsignalen (711-7nk) bestehen, wobei die Elementarsignale (711-7nk) Signalpausen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalpulsen umfassen, und wobei sich die Ultraschallsignale (71-7n) verschiedener Sendeeinrichtungen (31-3n) durch die Abfolge der Elementarsignale (711-7nk) voneinander unterscheiden; mindestens einer Empfängereinrichtung (41-4n), welche dazu ausgebildet ist, reflektierte Ultraschallsignale (71-7n) zu empfangen; und mindestens einer Auswerteeinrichtung (51 bis 5n), welche dazu ausgebildet ist, die empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) anhand der Abfolgen der Elementarsignale (711— 7nk) den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) zuzuordnen.
9. Ultraschallsensorsystem (1) nach Anspruch 8, wobei die Elementarsignale (711-7nk) zueinander orthogonal sind.
10. Ultraschallsensorsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen durch ihre Modulation voneinander unterscheiden.
11. Ultraschallsensorsystem (1) nach Anspruch 10, wobei die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen positive Chirps und negative Chirps umfasst.
12. Ultraschallsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Signalpulse der Vielzahl von Signalpulsen Barker-Codes oder Gold-Codes umfassen.
13. Ultraschallsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die mindestens eine Auswerteeinrichtung (51 bis 5n) dazu ausgebildet ist, die empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) durch Filtern der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) mittels Korrelationsfilter und/oder Transversalfilter zuzuordnen.
14. Ultraschallsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die mindestens eine Auswerteeinrichtung (51 bis 5n) dazu ausgebildet ist, die empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) den ausgesendeten Ultraschallsignalen (71-7n) durch Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale (71-7n) mittels Maximum- Likelihood-SequenzSchätzung zuzuordnen.
15. Kraftfahrzeug (F) mit einem Ultraschallsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
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