EP4445173A1 - Verfahren zur rechnerischen störschallkompensation, ultraschallsensorsystem und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur rechnerischen störschallkompensation, ultraschallsensorsystem und kraftfahrzeug

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EP4445173A1
EP4445173A1 EP22822567.8A EP22822567A EP4445173A1 EP 4445173 A1 EP4445173 A1 EP 4445173A1 EP 22822567 A EP22822567 A EP 22822567A EP 4445173 A1 EP4445173 A1 EP 4445173A1
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EP
European Patent Office
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reference signal
signal
representation
ultrasonic sensor
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
EP22822567.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sylvio Salomon
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S2015/938—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Definitions

  • the present invention relates to the use of ultrasonic measurement technology in motor vehicles and in particular to a method for computational interference noise compensation for an ultrasonic sensor system in a motor vehicle, an ultrasonic sensor system for a motor vehicle that implements the method, and a motor vehicle with the ultrasonic sensor system.
  • Motor vehicles are equipped with ultrasonic sensors which emit ultrasonic transmission signals into the surroundings of the motor vehicle and receive ultrasonic reception signals from the surroundings of the motor vehicle.
  • a distance from an obstacle in the vicinity of a motor vehicle is determined based on a signal propagation time between the transmission of the ultrasonic transmission signal and the occurrence of an airborne sound echo in the ultrasonic reception signal and is made available to a driving or parking assistance system of the motor vehicle.
  • ultrasonic sensors are also installed in a concealed manner, with an element of the outer skin of the vehicle being coupled to the membrane of the ultrasonic sensor.
  • structure-borne noise occurs in the outer skin of the vehicle, and structure-borne noise echoes are superimposed on the airborne noise echoes in the ultrasonic received signal as background noise.
  • WO 2019/137784 A1 discloses reflective elements in a bumper, which reduce the propagation of structure-borne noise in the bumper through destructive interference.
  • WO 2007/012958 A2 discloses a method in which an airborne sound echo contained therein, which originates from an obstacle that is invariant to the motor vehicle, such as a trailer hitch attached to the motor vehicle, is identified by comparing a plurality of ultrasonic reception signals received at intervals in time. The airborne sound echo is mathematically removed from the ultrasonic received signals in subsequent measurements.
  • DE 10 2013 204 910 A1 discloses a method in which a reference signal is subtracted from a measurement signal of an ultrasonic sensor in order to reduce or remove decay signals contained in the measurement signal.
  • US Pat. No. 5,124,954 A discloses a method for distance measurement using ultrasound, in which a reference measurement is carried out in the absence of an object to be measured and a reference signal is obtained and stored which contains noise which has been reflected from objects which are not to be measured. In the case of a later measurement in the presence of the object to be measured, the stored reference signal is subtracted from the measurement signal in order to improve its signal-to-noise ratio.
  • DE 10 2019 123822 A1 therefore proposes repeating a reference measurement for detecting a reference signal during operation of the vehicle at regular intervals in order to update the reference signal.
  • a reference signal is detected which, in addition to the structure-borne noise echoes, also contains an airborne noise echo reflected by the obstacle, the airborne noise echo and thus the obstacle are incorrectly blanked out in subsequent measurements by subtracting the reference signal.
  • DE 10 2019 123822 A1 therefore proposes recognizing such obstacles present during reference measurements in the area surrounding the vehicle from a signal shape change that occurs when the obstacles change their position relative to the vehicle.
  • the object of the invention is to further improve the computational interference noise compensation of an ultrasonic system of a motor vehicle. Therefore, from a first aspect, a method for computational interference noise compensation for an ultrasonic sensor system of a motor vehicle is proposed. The method comprises the steps: a) detecting a plurality of reference signal representations at different points in time, each by sending out an ultrasonic transmission signal with an ultrasonic sensor of the ultrasonic sensor system and receiving an ultrasonic received signal with the same or another ultrasonic sensor of the ultrasonic sensor system; b) storing the plurality of reference signal representations; d) detecting a measurement signal representation by emitting an ultrasonic transmission signal with the ultrasonic sensor and receiving an ultrasonic received signal with the same or the additional ultrasonic sensor; e) selecting one of the stored reference signal representations; and f) generating a noise-compensated measurement signal representation by subtracting the selected reference signal representation from the detected measurement signal representation.
  • the proposed method creates a reference signal basis from several and preferably a large number of stored reference signal representations, which are recorded and stored for different interpolation points—at different points in time and thus in particular with different interferences.
  • a suitable one of the multiple reference signal representations for a respective measurement the quality of the background noise compensation can advantageously be improved.
  • a suitable reference signal representation from the stored reference signal representation can be used instead of having to use a currently recorded reference signal representation that would possibly be distorted by the obstacle.
  • the selection is in particular a targeted selection.
  • the selection can preferably be made on the basis of a comparison of the stored reference signal representations with the recorded measurement signal representation and/or on the basis of a comparison of conditions that influence background noise when recording the reference signal representations in step a) with conditions that influence background noise when recording the measurement signal representation in step d). take place.
  • a targeted selection can thus advantageously be made such that in the subsequent step f) the signal components of the measurement signal caused by background noise are reduced as far as possible and preferably removed from the measurement signal as precisely and completely as possible.
  • a detected signal representation is used on the one hand as a measurement signal representation, but on the other hand also as a reference signal representation—which may need to be cleaned up—steps a) and d) are therefore carried out simultaneously or are one and the same step.
  • the reference signal basis can be continuously updated during operation without having to discard previously acquired reference signal representations.
  • a comprehensive reference signal base with a large number of interpolation points adapted to the operating reality of the motor vehicle can thus be created over the course of the service life of the motor vehicle.
  • the respective ultrasonic transmission signal can be, for example, a pulse modulated onto an ultrasonic carrier frequency.
  • the ultrasound reception signal can be received over a predetermined period of time after the transmission of the ultrasound transmission signal.
  • the ultrasonic sensor can be put into a receiving mode for the predetermined period of time.
  • the ultrasonic sensor can be provided with a piezo element, which converts vibrations of an ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor, which are excited by incoming ultrasonic waves, into an electrical signal, which can be referred to as the ultrasonic received signal.
  • a respective signal representation (reference signal representation, measurement signal representation) can be a recording, for example digital, of the corresponding ultrasound reception signal over a predetermined reception period.
  • the respective signal representation can particularly preferably be a data-reduced representation of the corresponding ultrasound received signal.
  • the transmission of the ultrasonic transmission signal and the receiving of the ultrasonic reception signal can take place, for example, with the same ultrasonic sensor of the ultrasonic sensor system.
  • the ultrasonic sensor system only needs to include a single ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor system comprises a plurality of, for example n, ultrasonic sensors, a plurality of, in the example n 2 , different signal paths can be formed.
  • a signal path leads from a transmitting ultrasonic sensor to a receiving ultrasonic sensor, it being possible for the transmitting ultrasonic sensor and the receiving ultrasonic sensor to be the same ultrasonic sensor or different ultrasonic sensors.
  • the proposed steps can therefore be carried out separately for each possible signal path of the ultrasonic sensor system, with a separate reference signal basis being stored for each of the signal paths and that reference signal basis which corresponds to the signal path used to acquire the measurement signal representation being used later in the background noise compensation. Accordingly, a particularly precise interference noise compensation can be possible for each individual signal path.
  • step a) the multiple reference signal representations are recorded under different conditions influencing background noise.
  • a reference signal representation can preferably be detected whenever a condition influencing background noise has changed by a predetermined amount or factor.
  • a self-adjusting system can thus advantageously be created which automatically detects a further reference signal representation whenever an adjustment of the reference signal representation or the detection of a further reference signal representation is required due to a change in a condition influencing background noise.
  • a respective condition influencing background noise can preferably include one or more of the following variables: a temperature of an outer skin of the motor vehicle; a temperature of the ultrasonic sensor; an age of the ultrasonic sensor and/or the motor vehicle; an excitation mode of the ultrasonic transmission signal; and the same.
  • An excitation mode of the ultrasonic transmission signal can preferably include: a frequency, a signal form and/or an amplitude of the emitted ultrasonic transmission signal.
  • Values of the respective variables can, as appropriate, be measured with sensors, for example, derived from the reference signal representations or the measurement signal representation, or provided by a control unit (ECU) that controls the operation of the ultrasonic sensor.
  • sensors for example, derived from the reference signal representations or the measurement signal representation, or provided by a control unit (ECU) that controls the operation of the ultrasonic sensor.
  • ECU control unit
  • step b) the respective condition influencing background noise is stored linked to the respective reference signal representation (101, 102, 103).
  • step b) both the respective reference signal representation and the condition influencing background noise prevailing at the time the reference signal representation in question was detected are stored, and a link is established between the stored reference signal representation and the associated condition influencing background noise. Accordingly, at a later point in time, for example during the selection in step e), a suitable reference signal representation can be determined and selected from the stored reference signal representations on the basis of a condition influencing background noise.
  • the proposed method also includes c) the generation of a reference signal representation from one or more of the recorded and/or stored reference signal representations, from which airborne sound echo signal components have been removed.
  • the cleaning can preferably take place by means of a signal comparison with the multiple reference signal representations stored in step b).
  • the cleaning can be done using mean filters, logical operations or other filter mechanisms to eliminate undesired signal components in the reference signal representations.
  • Methods for weighting reference signal representations depending on the trustworthiness of the respective reference measurement are also conceivable.
  • the cleaning can take place in such a way that only reference signal representations are stored in the reference signal base, in which signal components originating from airborne sound echoes are reduced and/or removed.
  • the relevant signal components in the recorded or stored reference signal representations can be reduced and/or removed.
  • Step c) can be carried out before or after step b).
  • the recorded reference signal representations can be cleaned up and only cleaned reference signal representations can be stored in step b).
  • all reference signal representations can be stored first and the cleaning can be carried out once or periodically at a later point in time.
  • reference signal representations are selected for the cleaning in step c), which were recorded under the same or comparable conditions influencing background noise, and the cleaned reference signal representation is generated using a signal comparison of the selected reference signal representations.
  • Certain conditions influencing background noise may only be reached when the vehicle is stationary with a cold engine.
  • an obstacle in the area surrounding the vehicle does not change its position.
  • the obstacle can still be identified by comparison with a reference signal representation recorded at an earlier stage under the same noise-affecting conditions. because the obstacle was either not present at an earlier point in time or at least was not present in the same position with an overwhelming probability. Position differences in the submillimeter range can be sufficient to identify the obstacle when comparing two reference signal representations.
  • step e) the reference signal representation is selected on the basis of a condition influencing background noise at the time the measurement signal representation is recorded.
  • one technique for selecting an appropriate reference signal representation in step e) for use in step f) may preferably consist of selecting a reference signal representation that was acquired under the same or comparable noise-affecting conditions that exist at the time the measurement signal representation is acquired.
  • a particularly precise interference noise compensation can advantageously take place.
  • Conditions influencing comparable noise are to be understood in particular as conditions which do not deviate from one another by more than a predetermined amount or factor.
  • the conditions influencing the respective background noise, which were present at the time the respective reference signal representation was recorded, can be included in step b), for example linked to the respective reference signal representation. However, in some examples, they can also be derived implicitly from the reference signal representation whenever necessary.
  • step e) an interpolated reference signal representation is generated and selected from a plurality of the stored reference signal representations on the basis of respective noise-influencing conditions at the time the multiple reference signal representations are recorded and the noise-influencing condition at the time the measurement signal representation is recorded.
  • an interpolated reference signal representation can advantageously be used if the condition influencing the background noise lies between two or more interpolation points of the reference signal basis at the time the measurement signal representation is recorded. In this way, the background noise compensation can take place particularly precisely.
  • the respective condition influencing background noise includes a variable that is measured by a sensor that is integrated into the ultrasonic sensor or is attached to the motor vehicle.
  • the respective conditions influencing noise can be determined by sensors with high accuracy.
  • a particularly well suited reference signal representation can be selected in step e) and the quality of the background noise compensation in step f) can thus be advantageously improved.
  • the respective condition influencing the background noise comprises a variable which is determined on the basis of the occurrence of a structure-borne noise echo signal component which is first in time in the respective reference signal representation or the measurement representation.
  • the variable can be, for example, the signal propagation time between the transmission of the ultrasound transmission signal and the occurrence of the first structure-borne sound echo.
  • the variable can also be a temperature derived from the signal propagation time using a calibration curve or the like.
  • a separately provided temperature sensor or the like can advantageously be dispensed with and the condition influencing the background noise can be determined directly from the respective signal display.
  • step e) the selection is made on the basis of a comparison of the measurement signal representation with a number of the stored reference signal representations.
  • step e) it is advantageously not necessary for the selection in step e) to know (to measure or to derive) the conditions influencing the background noise that were present when the reference signal representations and the measurement signal representations were recorded. Nevertheless, a targeted selection of a suitable reference signal representation is possible.
  • a degree of agreement or a degree of detuning between the measurement signal representation and the respective reference signal representation can be used as a comparison criterion, for example.
  • steps a) and b) and preferably also c) of the method are carried out when the motor vehicle is moving and/or steps a) and b) and preferably also c) of the method are carried out when the motor vehicle is stationary .
  • the steps mentioned can also be carried out in particular when there is no relative movement between the motor vehicle and objects in its vicinity, such as when the motor vehicle is parked in an underground car park.
  • Such a correction is possible using several reference signal representations recorded during different parking processes under otherwise identical conditions affecting background noise as soon as a reference signal representation is recorded again after parking again under conditions otherwise affecting identical background noise.
  • a self-adjusting system can be created that has optimally adjusted reference signal representations in every driving or stationary situation in which it is brought by the driver for optimal noise correction.
  • the respective reference signal representation and the measurement signal representation are each a data-reduced representation of the corresponding received ultrasound signal, which is obtained by frequency conversion of the received ultrasound signal by means of complex downward conversion.
  • storage space for example, in a control unit (ECU) that implements the proposed method, can be saved, or more reference signal representations can be stored for a larger number of interpolation points.
  • bandwidth is advantageously saved in the transmission of the signal information from the ultrasonic sensor to the control unit or the transmission can be implemented within a given limited bandwidth if the ultrasonic sensor already generates such a data-reduced signal representation and only transmits the data-reduced signal representation to the control unit.
  • the data can be reduced by complex downward conversion, for example, by converting the received ultrasound signal into baseband using an IQ mixer and capturing the respective signal representation using the converted signal in baseband.
  • a respective signal representation can thus comprise an I component (real component) and a Q component (imaginary component).
  • a respective signal representation include amplitude component and a phase component. In both cases, both the amplitude and the phase information of the original ultrasonic received signal are advantageously retained, and the computational background noise compensation can be carried out with greater accuracy and deliver more usable results than if, for example, in a simpler data-reduced representation, such as an envelope curve, only the amplitude information is included.
  • the respective reference signal representation and the measurement signal representation are each recorded by the ultrasonic sensor receiving the corresponding ultrasonic received signal using complex downward conversion to determine two signal components of the ultrasonic received signal, the determined downward-converted signal components to a control unit of the Motor vehicle transmits and the control unit based on the received down-converted signal components reconstructs a raw signal representation of the ultrasonic received signal.
  • the raw signal representation reconstructed in this way can be used or recorded by the control device as the respective reference signal representation or the measurement signal representation.
  • the respective receiving ultrasonic sensor can advantageously transmit a data-reduced representation (the two signal components, such as an I signal component and a Q signal component) of the ultrasonic received signal in a bandwidth-saving manner.
  • the control unit which can have high computing power, can reconstruct the respective reference signal representation and the measurement signal representation from the transmitted data-reduced representation in such a way that the respective signal representation is a raw signal representation of the corresponding ultrasound received signal.
  • a raw signal representation can depict all essential information of the raw ultrasound received signal, in particular the amplitude and phase information thereof.
  • the proposed method can result in a qualitatively better representation of the measurement signal that is compensated for by noise result, which, for example, has a better signal-to-noise ratio, resolves the shape of the airborne sound echoes contained therein more cleanly, and the like.
  • the calculated background noise compensation can be carried out with an accuracy that essentially corresponds to an accuracy that would be achieved if the ultrasonic sensor were to transmit the raw ultrasonic received signals and raw signal representations were recorded using the raw ultrasonic received signals and the calculated background noise compensation based on the raw signal representations (raw Reference signal representation, raw measurement signal representation) would be carried out.
  • a method for measuring the surroundings of a motor vehicle comprises the steps of the method for computational interference noise compensation according to one of the preceding claims, wherein based on the occurrence of airborne sound echo signal components in the interference noise-compensated measurement signal representation, at least one distance to an obstacle in the Environment of the motor vehicle is determined.
  • the distance can thus advantageously be determined more precisely.
  • the distance can be calculated using a signal propagation time between sending out the control signal and receiving the first airborne sound echo in the noise-compensated measurement signal representation and the known speed of sound.
  • a warning tone can be output if the distance falls below a minimum.
  • the determined distance can also be made available to a driving or parking assistance system, which controls partially or fully autonomous driving or parking of the motor vehicle.
  • an ultrasonic sensor system for a motor vehicle comprising at least one ultrasonic sensor and means that are suitable carry out steps of the method according to the first or second aspect or one of the embodiments thereof.
  • the means may include a processor, memory, an application specific integrated circuit (ASIC), a control unit (ECU) and the like.
  • the means can be provided centrally or provided separately for each of the ultrasonic sensors.
  • a motor vehicle which includes the ultrasonic sensor system of the third aspect.
  • the motor vehicle can be a passenger car, a truck, an electric bicycle, a marine vehicle, a robot, and the like.
  • the motor vehicle can preferably have an assistance system for partially or fully automatically driving.
  • a computer program product comprising instructions which cause the ultrasonic sensor system according to the third aspect to carry out the method according to the first or second aspect, and a computer-readable storage medium on which the computer program product is stored.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with an ultrasonic sensor system according to exemplary embodiments
  • 3 is an illustration for explaining the principle of the computational interference noise compensation and shows plots of exemplary signal representations
  • FIG. 4 illustrates the method for compensating for background noise according to exemplary embodiments.
  • a motor vehicle 1 shows a motor vehicle 1 with an ultrasonic sensor system 7 according to exemplary embodiments.
  • a first ultrasonic sensor 2 is installed on a front bumper 4 and a second ultrasonic sensor 3 is installed on a rear bumper 5 .
  • the ultrasonic sensor 2 is, for example, installed in a concealed manner, that is to say it is arranged behind the front bumper 4 and is invisible from the outside.
  • the ultrasonic sensor 3 is installed uncovered, for example, that is, it is visible from the outside.
  • the ultrasonic sensor 3 is inserted into an opening, not shown, in the rear bumper 5, for example with a sealing ring, not shown.
  • the bumpers 4, 5 are body components which, together with other body components, form an outer skin 8 (FIG. 2) of the motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 is equipped with a control unit (ECU) 6, which is connected to the ultrasonic sensors 2, 3 for communication and is set up to measure an environment of the motor vehicle 1 with the aid of the ultrasonic sensors 2, 3.
  • the ultrasonic sensors 2, 3 and the control unit 6 together form an ultrasonic sensor system 7.
  • 2 shows an ultrasonic sensor system 7 according to exemplary embodiments in greater detail.
  • the ultrasonic sensor system 7 includes the ultrasonic sensor 2 and the controller 6.
  • the controller 6 controls the operation of the ultrasonic sensor 2.
  • the controller 6 includes a processor 17 and a memory 18.
  • the memory 18 is preferably a non-volatile memory, such as a flash memory EEPROM, a magnetic memory and the like.
  • the ultrasonic sensor 2 is installed in a concealed manner behind an outer skin 8 of a motor vehicle 1 (FIG. 1).
  • An ultrasonic membrane 9 of the ultrasonic sensor 2 is coupled via a coupling element 11 to the outer skin 8 of the motor vehicle 1 (FIG. 1).
  • a piezoelectric element 12 is attached to an inner side of the ultrasonic membrane 9 and is electrically connected to a control element 14 arranged on a printed circuit board 13 . If an ultrasonic transmission signal is to be sent, the control element 14 controls the piezoelectric element 12 with electrical signals, whereupon the piezoelectric element 12 excites the ultrasonic membrane 9 to oscillate. The vibrations are transmitted via the coupling element 11 to the vehicle outer skin 8, which is thus also excited to vibrate.
  • Airborne noise 15 is emitted.
  • structure-borne noise 16 propagates in the outer skin 8 of the vehicle. If the airborne sound 15 is reflected by an obstacle (not shown) in the vicinity of the motor vehicle 1 (Fig. 1), an airborne sound echo runs back to the vehicle outer skin 8, excites it to vibrate, which is passed on to the ultrasonic membrane 9 via the coupling element 11 and are converted by the piezo element 12 into an electrical signal, which is also referred to as an ultrasonic reception signal.
  • the structure-borne noise 16 can also be reflected in the outer skin 8 and run back to the ultrasonic sensor 2 . For this reason, a structure-borne sound echo signal component can also be superimposed on the airborne sound echo signal component of the ultrasonic reception signal.
  • the control unit 6 causes the ultrasonic sensor 2 (the control element 14 of the ultrasonic sensor 2) to emit ultrasonic transmission signals and receives ultrasonic reception signals from the ultrasonic sensor 2 and detects signal representations (measuring signal (Representations and/or reference signal representations) of the received ultrasound reception signals.
  • Detected reference signal representations 101-103 are stored in memory 18 of control unit 6 and form a reference signal base 10. Received measurement signal representations are compensated for noise using reference signal representations 101-103 of reference signal base 10, which will be discussed in detail below.
  • control unit 6 determines a distance from an obstacle in the area surrounding motor vehicle 1 (FIG. 1).
  • the ultrasonic sensor 2 with the control element 14, the ultrasonic membrane 9 and the piezo element 12 and the control unit 6 with the processor 17 and the memory 18 represent means for carrying out a proposed method described later.
  • the method steps are initiated by the activation element 14 and/or by the processor 17 of the control unit 6 and are executed with the aid of the further elements of the control unit and the ultrasonic sensor 2 .
  • FIG. 3 is an illustration to explain the principle of the computational interference noise compensation and shows graphic plots of exemplary signal representations 21, 102, 20, 30.
  • the signal representations shown are data-reduced representations that only show an envelope curve with amplitude information about the received ultrasonic signals represent and are for illustrative purposes only.
  • the arithmetic noise compensation is preferably carried out using signal representations that include at least amplitude information and phase information about the received ultrasonic signals.
  • Fig. 3 a shows a measurement signal representation 21 as it is detected by the uncovered installed ultrasonic sensor (3 in Fig. 1) when an obstacle is in the vicinity of the motor vehicle (1 in Fig. 1) is arranged.
  • An airborne sound echo signal component 212 occurs in the measurement signal representation 21 at a later point in time. A distance from the obstacle can be determined on the basis of the point in time at which this airborne sound echo signal component 212 occurs, by multiplying half the signal propagation time by the speed of sound in air.
  • FIG. 3b shows a signal representation 102 as it is detected by the concealed ultrasonic sensor (2 in FIG. 1) when there is no obstacle in the vicinity of motor vehicle 1 (FIG. 1).
  • the signal representation 102 shows a number of structure-borne sound echo signal components 213 which are due to reflections of the structure-borne sound 16 (FIG. 2) in the vehicle outer skin 8 .
  • the signal representation 102 is also referred to as a reference signal representation 102 since it indicates a reference for a structure-borne sound pattern that arises when there is no obstacle.
  • FIG. 3c shows a measurement signal representation 20 as it is detected by the concealed ultrasonic sensor 2 in FIG. 2) when an obstacle is arranged in the vicinity of the motor vehicle 1 (FIG. 1).
  • the structure-borne sound echo signal components 213 overlay the airborne sound echo signal component 212; the airborne sound echo signal component 212 can only be seen as a slight broadening of one of the structure-borne sound echo signal components 213 and is difficult or impossible to detect in an automated manner. This results in an undesired lengthening of the dead time.
  • Fig. 3d shows a signal representation 30, which results when the reference signal representation 102 from Fig. 3b) of the Measurement signal representation 20 from FIG. 3c) is subtracted.
  • the airborne sound echo portion 212 can now be seen clearly and is easily and automatically detectable.
  • the signal-to-noise ratio is drastically improved; moreover, the noise-compensated measurement signal representation 30 never reaches saturation; there is essentially no dead time.
  • the technical effect of improving the signal-to-noise ratio of the noise-compensated measurement signal representation 30 and reducing the dead time of the ultrasonic sensor 2 only occurs if the reference signal representation 102 only contains structure-borne noise echo signal components 213 that contain those structure-borne noise -Signal components 213 are the same that occur when detecting the measurement signal representation 20.
  • FIG. 3 Numerous conditions influencing background noise have an influence on the expression of the structure-borne noise 16 in the outer skin 8 of the motor vehicle 1 .
  • conditions influencing background noise include the temperature of vehicle outer skin 8 and/or the temperature of ultrasonic sensor 2 correlating therewith, and material properties of ultrasonic sensor 2 and outer skin 8, which can change as the materials age. If the speed of propagation of the structure-borne noise 16 changes, the structure-borne noise echo signal components 213 of the signal representations 102, 20 shown in FIG. 3 are stretched or compressed to different extents along the time axis.
  • Dampening properties of the outer skin and/or adjacent vehicle parts or of materials applied to the outer skin 8 to reduce the propagation of structure-borne noise 16 that have changed over time can also affect the shape, number, amplitude, phase position and the like of the structure-borne noise echo signal components 213.
  • the structure-borne sound echo signal components 213 also change as a function of an excitation mode of the ultrasonic sensor 2, that is to say of the frequency, the signal form and the amplitude of the transmitted ultrasonic signal; these also represent examples of conditions influencing background noise.
  • the reference signal representation 102 was now recorded under conditions that influence background noise than the measurement signal representation 20, a detuning results due to different Licher structure-borne noise echo signal components in the signal representations 102, 20, and a subtraction does not result in the noise-compensated measurement signal representation 30, but rather a signal representation with phantom signal components and a poor signal-to-noise ratio, in which the airborne noise echo signal portion 212 may no longer be clearly detectable is.
  • the reference signal representation 102 should be updated. However, if there is an obstacle in the area surrounding motor vehicle 1 during such an update, airborne sound echo signal component 212 resulting from the obstacle is incorrectly treated as a structure-borne sound echo signal component. As a result, the airborne sound echo signal portion 212 of a measurement signal representation 20 captured following the capture of the reference signal representation 102 would also be subtracted during the difference formation and the obstacle would thus be masked out.
  • Exemplary embodiments are presented below that show advantageous configurations for obtaining suitable reference signal representations 102 for arithmetical interference noise compensation according to the principle set out above, taking into account the above-mentioned problem of the changing conditions influencing interference noise.
  • FIG. 4 illustrates the method for compensating for background noise according to exemplary embodiments. The description is made with reference to FIG. 4 and also with reference back to FIGS. 1, 2 and 3.
  • a reference signal representation 102 is recorded in step S1.
  • Step S1 is repeated several times at different points in time in order to acquire further reference signal representations 101 and 103.
  • a respective recorded reference signal representation 101, 102, 103 is stored in step S2 in the memory 18 of the control device 6 for later use.
  • a reference signal basis 10 is created, which includes a multiplicity of reference signal representations 101, 102, 103 recorded at different points in time and thus potentially also under different conditions influencing background noise.
  • a measurement signal representation 20 is recorded in step S4 in the same way as described for step S1.
  • step S5 a suitable one of the stored reference signal representations 101 is then selected with knowledge of the recorded measurement signal representation 20 and the reference signal base 10 stored in the memory 18.
  • the noise-compensated measurement representation 30 is then generated in step S6 by subtracting the selected reference signal representation 101 from the recorded measurement signal representation 20 .
  • a respectively suitable reference signal representation 101 can advantageously be selected for each measurement. Suitable is to be understood, for example, as meaning that the selected reference signal representation 101 for the relevant measurement maximizes the signal-to-noise ratio of the noise-compensated measurement representation 30 .
  • the selection in step S5 is based on a comparison of the measurement signal representation 20 with several or all of the reference signal representations 101, 102, 103 of the reference signal base 10.
  • the decay signal components 21 1 of the respective signal representations 20, 101, 102, 103 can be compared with one another. The comparison can based on characteristic features of the respective structure-borne sound echo signal components 213.
  • the comparison is made by quantifying a quality of the structure-borne noise compensation of the measurement signal representation 20 using the respective reference signal representation 101 , 102 , 103 of the reference signal basis 10 .
  • the quality of structure-borne noise compensation i.e. the degree of correspondence between reference signal representation 101, 102, 103 and measurement signal representation 20, can be determined, for example, using an effective value, a maximum amount or a statistical measure for the amplitude distribution of the difference signal representation remaining after subtraction of the respective reference signal representation from measurement signal representation 20 30 to be quantified.
  • reference signal representation 101 with the best quantified match can be selected.
  • one or more conditions influencing background noise are linked to the respective reference signal representation 101 , 102 , 103 and stored together with the respective reference signal representation 101 , 102 , 103 in the memory 18 .
  • a parameter can be calculated that indicates the relative point in time of the occurrence of a first structure-borne noise signal echo component 214 in the reference signal representation 101 , 103 .
  • Such a parameter is indicative of the sound propagation speed of the structure-borne noise 16 in the vehicle outer skin 8.
  • a temperature in the vehicle outer skin 8 can also be inferred from the parameter using a calibration curve.
  • the control unit 6 and/or the control element 14 can provide information about the excitation mode of the ultrasonic sensor 2 when it is switched off.
  • the ultrasonic sensor 2 also has a temperature sensor 19 with which a temperature of the ultrasonic sensor 2 can be measured directly.
  • the relative time of the occurrence of the first structure-borne noise signal echo component 214, the temperature of the vehicle outer skin 8, the information about the age, the information about the excitation mode and/or the temperature of the ultrasonic sensor 2 are examples or indicators of conditions that influence background noise, which are linked to the Reference signal representation 101, 103 can be stored in the memory 18.
  • conditions influencing background noise can also include information that can be regarded as indicators for a physical measurement parameter that influences background noise, in addition to physical measured variables.
  • step S5 in the same way as described above for step S2, one or more conditions influencing background noise can be determined, which were present when the measurement signal representation 20 was recorded.
  • a reference signal representation 101 can then be selected from the reference signal base 10 in step S5 by comparing the conditions influencing the background noise when detecting the measurement signal representation 20 with the conditions affecting the background noise stored in association with the reference signal representations 101 , 102 , 103 .
  • an interpolated reference signal representation (not shown) can be generated by interpolation and then selected.
  • the interpolation can be done in one dimension or in multiple dimensions when working with multiple types of noise influencing conditions (e.g., temperature, age, and excitation mode).
  • the interpolation can particularly preferably be carried out iteratively, with a quality of the structure-borne noise compensation resulting from the respective interpolated reference signal representation being optimized iteratively.
  • a preselection can be made from the reference signal base 10 based on the conditions influencing background noise when detecting the measurement signal representation 20, which includes reference signal representations 101, 102, 103 that were recorded under comparable conditions influencing background noise.
  • Each of the preselected reference signal representations 101, 102, 103 can then be subtracted from the measurement signal representation 20 and that one of the preselected reference signal representations 101 for the background noise correction of step S6 can be selected for which there is the highest degree of agreement, i.e. the greatest signal-to-noise ratio and/or a lowest proportion of remaining structure-borne noise echo signal components 213 in the difference signal display 30.
  • a measurement signal representation 30 that is particularly precisely compensated for background noise can advantageously be obtained and used for the particularly precise measurement of the surroundings of motor vehicle 1 .
  • the multiple reference signal representations 101, 102, 103 are recorded under different conditions influencing background noise.
  • step S1 can be event-driven whenever at least a noise affecting condition changes by more than a predetermined relative or absolute amount.
  • the method also includes a step S3, in which the reference signal base 10 is cleaned.
  • Cleaning means that airborne sound echo signal components 212 in the reference signal representations 101, 102, 103 are reduced or removed and/or that further reference signal representations 101, 102, 103 are generated in which the airborne sound echo signal components 212 are reduced or removed. and/or the untrustworthy reference signal representations 101, 102, 103 are discarded.
  • methods for weighting the reference signal representations 101 , 103 can be used in order to discard untrustworthy reference signal representations 101 , 103 .
  • averaging filters, logical operations or other filter mechanisms can be used to remove airborne sound echo signal components 212 from the reference signal representations 101 , 102 , 103 .
  • step S3 several of the reference signal representations 101, 102, 103 are selected from the reference signal base 10, which were detected under the same or comparable conditions influencing the background noise.
  • the selected reference signal representations 101, 102, 103 are then compared with one another.
  • the selected reference signal representations 101, 102, 103 can be successively subtracted from one another in a commuting manner for the purpose of comparison. In this way, one or more airborne sound echo signal components 212 can be identified on the basis of the resulting difference signal representations 30 . Then, by subtracting the identified airborne sound echo signal components 212 from the selected reference signal representations 101, 102, 103 corresponding cleaned reference signal representations 101, 102, 103 are generated.
  • Step S3 for cleaning can be carried out before step S2, i.e. based on each newly acquired reference signal representation 102 and the already known reference signal base 10 at this point in time, a cleaned reference signal representation 102' is first generated and this is then added to the reference signal base 10 in step S2.
  • step S3 can also be carried out independently of steps S1 and S2 directly on reference signal base 10 and clean it up, for example at regular time intervals or whenever reference signal base 10 is stored with a reference signal representation 102 with associated conditions influencing background noise and for a reference signal representation 101 , 103 is already stored in the reference signal basis 10 for these conditions or for comparable conditions influencing the background noise.
  • Such a cleanup step S3 is particularly useful in exemplary embodiments in which steps S1, S2, ie the acquisition and storage of reference signal representations 101-103, are carried out continuously or at regular time intervals.
  • the reference signal base 10 can be updated continuously when the motor vehicle 1 is moving and/or when the motor vehicle 1 is stationary. It is possible that when a reference signal representation 101-103 was detected, an object was located in the vicinity of the motor vehicle 1 and airborne sound echo signal components originating from the object are contained in the detected reference signal representations 101-103, which are to be cleaned up.
  • reference signal representations 101, 102, 103 are contained in the reference signal base 10, for example from a respective standstill of the motor vehicle 1 from the current day and from previous days with the same condition influencing background noise, a difference in the position of the obstacle in the garage in the sub-millimetre range is sufficient to deal with the above to recognize the respective airborne sound echo signal components 212 to be attributed to the obstacle by forming the difference and to clean up the reference signal representations 101, 102, 103 accordingly.
  • the options shown for ongoing maintenance of the reference signal base 10 can be used to create a reference signal base 10 that includes high-quality reference signal representations 101, 102, 103, which have been cleaned of airborne sound echo signal components 102 as best as possible, even if the reference signal representations 101, 102, 103 originally were recorded in critical situations with obstacles in the vicinity of motor vehicle 1.
  • the quality of the noise-compensated measurement signal representation 30 and thus the quality of the obstacle detection and the like can be advantageously improved.
  • a concealed built-in ultrasonic sensor 2 and structure-borne noise 16 in the vehicle outer skin 8 were described as background noise.
  • the proposed method can also be applied to ultrasonic sensors 3 installed in an uncovered manner.
  • the decay signal component 211 visible in the measurement signal display 20 due to the vibration of the ultrasonic membrane 9 after the transmission of the ultrasonic signal can also be regarded as background noise and can be viewed in the same way as the structure-borne sound echo signal components 213 in the case of the ultrasonic sensor 2 installed in a concealed manner Signal subtraction are compensated.
  • the dead time of the uncoveredly installed ultrasonic sensor 2 can advantageously be reduced or eliminated.
  • the means of the ultrasonic sensor system 7 for carrying out the proposed method include the control unit 6 and the control element 14 .
  • the control element 14 can comprise, for example, a simple circuit for impedance matching and an analog/digital converter.
  • the drive element 14 can also be an application-specific integrated circuit (ASIC) and can itself take over part of the processing for performing steps S1 to S6.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the entire proposed method can also be implemented with the ASIC 14 and carried out without a separate control unit 6 being present.
  • the memory 18 can be provided on the circuit board 13 of the ultrasonic sensor 2 .
  • the conditions influencing background noise mentioned are purely exemplary.
  • Other influencing variables can be taken into account, for example weather information that can be obtained from light sensors, rain sensors and the like.
  • the method is preferably carried out using signal representations 20, 30, 101-103, which include at least amplitude and phase information about the respective ultrasonic received signal.
  • Control element 14 of the ultrasonic sensor 2, 3 be an ASIC that implements an IQ mixer.
  • This can carry out a complex downward conversion of the received ultrasonic signal into baseband.
  • the complex downward conversion provides an I signal component and a Q signal component of the received ultrasound signal (example of a data-reduced representation of the received ultrasound signal).
  • This data-reduced display can be transmitted to control unit 6 of motor vehicle 1 .
  • control unit 6 then carries out the method described above separately using both the I signal components and the Q signal components, so that a measurement signal representation 30 compensated for the background noise signal is generated, which contains the background noise-compensated I signal components and the background noise-compensated Q signal components included. From this, a data-reduced, noise-compensated, envelope-like representation of the respective ultrasonic received signal can be calculated if required—for determining and classifying airborne sound echoes, for determining the distance to obstacles in the vicinity of motor vehicle 1 and the like.
  • control unit 6 can first reconstruct a raw signal representation of the received ultrasound signal from the I signal components and the Q signal components. This means that the method can be carried out using raw signal representations and the generated noise-compensated measurement signal representation 30 can include a noise-compensated raw signal representation of the measured ultrasonic received signal. In this way, despite the reduced data transmission between the ultrasonic sensors 2, 3 and the control unit 6, a high-quality measurement signal display 30 that is compensated for background noise can be generated by the control unit 6.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein Ultraschallsensorsystem (7) eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten: a) Erfassen (S1) mehrerer Referenzsignaldarstellungen (101, 102, 103) zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils durch Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals mit einem Ultraschallsensor (2) des Ultraschallsensorsystems (7) und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben Ultraschallsensor (2) oder einem weiteren Ultraschallsensor (2) des Ultraschallsensorsystems (7); b) Speichern (S2) der mehreren Referenzsignaldarstellungen (101, 102, 103); d) Erfassen (S4) einer Messsignaldarstellung (20) durch Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals mit dem Ultraschallsensor (2) und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben oder dem weiteren Ultraschallsensor (2); e) Auswählen (S5) einer der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen (101); und f) Erzeugen (S6) einer störschallkompensierten Messsignaldarstellung (30) durch Subtrahieren der ausgewählten Referenzsignaldarstellung (101) von der erfassten Messsignaldarstellung (20). Außerdem werden ein Ultraschallsensorsystem (7), welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen, und ein Kraftfahrzeug (1) mit dem Ultraschallsensorsystem (7) bereitgestellt.

Description

VERFAHREN ZUR RECHNERISCHEN STÖRSCHALLKOMPENSATION,
ULTRASCHALLSENSORSYSTEM UND KRAFTFAHRZEUG
Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz von Ultraschall-Messtechnik in Kraftfahrzeugen und insbesondere ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein Ultraschallsensorsystem eines Kraftfahrzeugs, ein Ultraschallsensorsystem für ein Kraftfahrzeug, welches das Verfahren durchführt, und ein Kraftfahrzeug mit dem Ultraschallsensorsystem.
Kraftfahrzeuge werden mit Ultraschallsensoren ausgestattet, die Ultraschall-Sendesignale in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs aussenden und Ultraschall-Empfangssignale aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs empfangen. Anhand einer Signallaufzeit zwischen Aussenden des Ultraschall-Sendesignals und Auftreten eines Luftschallechos in dem Ultraschall- Empfangssignal wird ein Abstand zu einem Hindernis in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs ermittelt und an ein Fahr- oder Parkassistenzsystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt.
Um Kundenanforderungen zu genügen, werden Ultraschallsensoren auch verdeckt verbaut, wobei ein Element einer Fahrzeugaußenhaut an die Membran des Ultraschallsensors gekoppelt ist. Hierbei entsteht jedoch Körperschall in der Fahrzeugaußenhaut, und Körperschallechos überlagern die Luftschallechos in dem Ultraschall-Empfangssignal als Störschall.
Die WO 2019/137784 A1 offenbart reflektierende Elemente in einem Stoßfänger, die eine Ausbreitung des Körperschalls in dem Stoßfänger durch destruktive Interferenz reduzieren.
Die WO 2007/012958 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem durch Vergleich mehrerer in zeitlichem Abstand zueinander empfangener Ultraschall-Empfangssignale ein darin enthaltenes Luftschallecho identifiziert wird, das von einem zum Kraftfahrzeug invarianten Hindernis, wie einer an dem Kraftfahrzeug befestigten Anhängerkupplung, herrührt. Das Luftschallecho wird bei nachfolgenden Messungen rechnerisch aus den Ultraschall-Empfangssignalen entfernt. Die DE 10 2013 204 910 A1 offenbart ein Verfahren, bei welcher ein Referenzsignal von einem Messsignal eines Ultraschallsensors subtrahiert wird, um in dem Messsignal enthaltene Ausschwingsignale zu vermindern oder zu entfernen.
Die US 5,124,954 A offenbart ein Verfahren zur Distanzmessung mittels Ultraschalls, bei dem in der Abwesenheit eines zu messenden Objekts eine Referenzmessung durchgeführt und ein Referenzsignal erhalten und gespeichert wird, welches Störschall enthält, der von nicht zu messenden Objekten reflektiert wurde. Bei einer späteren Messung in Anwesenheit des zu messenden Objekts wird das gespeicherte Referenzsignal von dem Messsignal subtrahiert, um dessen Rauschabstand zu verbessern.
Insbesondere bei verdeckt verbauten Ultraschallsensoren besteht jedoch ein Problem, dass sich das störende Körperschallmuster unter Einflüssen wie Temperatur, Materialalterung und dergleichen verändert. Bereits kleine Abweichungen des Körperschallmusters von dem zuvor gespeicherten Referenzsignal führen zu unzureichender Kompensation des Körperschalls.
In der DE 10 2019 123822 A1 wird daher vorgeschlagen, eine Referenzmessung zum Erfassen eines Referenzsignals im Betrieb des Fahrzeugs in regelmäßigen Abständen zu wiederholen, um das Referenzsignal zu aktualisieren. Während des Betriebs des Fahrzeugs kann sich jedoch ein Hindernis im Umfeld des Fahrzeugs befinden. Wird ein Referenzsignal erfasst, das neben den Körperschallechos auch ein von dem Hindernis reflektiertes Luftschallecho enthält, wird das Luftschallecho und damit das Hindernis bei nachfolgenden Messungen durch Subtraktion des Referenzsignals fälschlich ausgeblendet. Die DE 10 2019 123822 A1 schlägt daher vor, solche während Referenzmessungen im Umfeld des Fahrzeugs vorhandene Hindernisse an einer Signalformänderung zu erkennen, zu der es kommt, wenn die Hindernisse ihre relative Position zum Fahrzeug verändern.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, die rechnerische Störschallkompensation eines Ultraschallsystems eines Kraftfahrzeugs weiter zu verbessern. Unter einem ersten Aspekt wird daher ein Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein Ultraschallsensorsystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Erfassen mehrerer Referenzsignaldarstellungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils durch Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals mit einem Ultraschallsensor des Ultraschallsensorsystems und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben oder einem weiteren Ultraschallsensor des Ultraschallsensorsystems; b) Speichern der mehreren Referenzsignaldarstellungen; d) Erfassen einer Messsignaldarstellung durch Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals mit dem Ultraschallsensor und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben oder dem weiteren Ultraschallsensor; e) Auswählen einer der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen; und f) Erzeugen einer störschallkompensierten Messsignaldarstellung durch Subtrahieren der ausgewählten Referenzsignaldarstellung von der erfassten Messsignaldarstellung.
Das vorgeschlagene Verfahren schafft eine Referenzsignalbasis aus mehreren und vorzugsweise einer großen Vielzahl an gespeicherten Referenzsignaldarstellungen, die für unterschiedliche Stützstellen - zu unterschiedlichen Zeitpunkten und damit insbesondere bei unterschiedlichen Störeinflüssen - erfasst und gespeichert sind. Indem bei einer jeweiligen Messung gezielt eine geeignete der mehreren Referenzsignaldarstellungen ausgewählt wird, kann die Qualität der Störschallkompensation vorteilhaft verbessert werden. Insbesondere kann in Situationen, in denen sich möglicherweise ein Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindet, jedoch eine Anpassung der Referenzsignaldarstellung erforderlich ist - etwa bei Stillstand des Kraftfahrzeugs - auf eine geeignete der gespeicherten Referenzsignaldarstellung zurückgegriffen werden, anstatt eine aktuell erfasste Referenzsignaldarstellung verwenden zu müssen, die durch das Hindernis möglicherweise verfälscht wäre.
Das Auswählen ist insbesondere ein gezieltes Auswählen. Das Auswählen kann vorzugsweise anhand eines Vergleichs der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen mit der erfassten Messsignaldarstellung und/oder anhand eines Vergleichs von Störschall beeinflussenden Bedingungen beim Erfassen der Referenzsignaldarstellungen in Schritt a) mit Störschall beeinflussenden Bedingungen beim Erfassen der Messsignaldarstellung in Schritt d) erfolgen. Somit kann vorteilhafterweise ein gezieltes Auswählen dergestalt erfolgen, dass im nachfolgenden Schritt f) die durch Störschall bedingten Signalanteile des Messsignals so weit wie möglich reduziert und vorzugsweise so exakt und vollständig wie möglich aus dem Messsignal entfernt werden. Verschiedene Techniken zum Auswählen der Referenzsignaldarstellung zur Verwendung in Schritt f) werden anhand der nachfolgend vorgestellten vorteilhaften Ausführungsformen näher beschrieben.
Es besteht keine strenge Einschränkung hinsichtlich der Reihenfolge der Ausführung der Schritte a) und b) einerseits und d), e) und f) andererseits. Das heißt, beispielsweise können auch im Betrieb, während das Kraftfahrzeug fährt und bereits Messungen nach den Schritten d), e) und f) durchführt, weiterhin auch Referenzsignale gemäß den Schritten a) und b) erfasst werden. Hierbei können die Schritte a) und b) einerseits und d), e) und f) andererseits alternierend ausgeführt werden. Denkbar ist jedoch auch, dass eine erfasste Signaldarstellung einerseits als Messsignaldarstellung, andererseits aber auch als - ggf. zu bereinigende - Referenzsignaldarstellung verwendet wird, die Schritte a) und d) also gleichzeitig ausgeführt werden bzw. ein und derselbe Schritt sind. Anders ausgedrückt kann die Referenzsignalbasis im Betrieb laufend aktualisiert werden, ohne dass früher bereits erfasste Referenzsignaldarstellungen verworfen zu werden brauchen. Somit kann im Laufe der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs eine umfassende Referenzsignalbasis mit einer Vielzahl von an die Betriebsrealität des Kraftfahrzeugs adaptierten Stützstellen geschaffen werden.
Bei dem jeweiligen Ultraschall-Sendesignal kann es sich beispielsweise um einen auf eine Ultraschall-Trägerfrequenz aufmodulierten Impuls handeln. Das Ultraschall-Empfangssignal kann über einen vorbestimmten Zeitraum nach Aussenden des Ultraschall-Sendesignals empfangen werden. Anders ausgedrückt kann der Ultraschallsensor nach Aussenden des Ultraschall-Sendesignals für den vorbestimmten Zeitraum in einen Empfangsmodus versetzt sein. Der Ultraschallsensor kann mit einem Piezoelement versehen sein, welcher Schwingungen einer Ultraschallmembran des Ultraschallsensors, die durch eintreffende Ultraschallwellen angeregt werden, in ein elektrisches Signal umwandelt, welches als das Ultraschall- Empfangssignal bezeichnet werden kann. Bei einer jeweiligen Signaldarstellung (Referenzsignaldarstellung, Messsignaldarstellung) kann es sich um eine, beispielsweiseweise digitale, Aufzeichnung des entsprechenden Ultraschall-Empfangssignals über einen vorbestimmten Empfangszeitraum handeln. Besonders bevorzugt kann es sich bei der jeweiligen Signaldarstellung um eine datenreduzierte Darstellung des entsprechenden Ultraschall-Empfangssignals handeln.
Das Aussenden des Ultraschall-Sendesignals und das Empfangen des Ultraschall-Empfangssignals kann beispielsweise mit einem selben Ultraschallsensor des Ultraschallsensorsystems stattfinden. Das heißt, das Ultraschallsensorsystem braucht lediglich einen einzigen Ultraschallsensor zu umfassen. Umfasst das Ultraschallsensorsystem jedoch mehrere, z.B. n, Ultraschallsensoren, können mehrere, in dem Beispiel n2, unterschiedliche Signalwege gebildet werden. Ein Signalweg führt hierbei von einem sendenden der Ultraschallsensoren zu einem empfangenden der Ultraschallsensoren, wobei der sendende und der empfangende Ultraschallsensor derselbe Ultraschallsensor sein kann oder es sich um verschiedene Ultraschallsensoren handeln kann. Vorzugsweise können die vorgeschlagenen Schritte also für jeden möglichen Signalweg des Ultraschallsensorsystems separat ausgeführt werden, wobei für jeden der Signalwege eine separate Referenzsignalbasis gespeichert und später bei der Störschallkompensation diejenige Referenzsignalbasis verwendet wird, die dem zum Erfassen der Messsignaldarstellung verwendeten Signalweg entspricht. Demgemäß kann eine besonders exakte Störschallkompensation für jeden einzelnen der Signalwege möglich sein.
Gemäß einer Ausführungsform werden in Schritt a) die mehreren Referenzsignaldarstellungen bei unterschiedlichen, Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst.
Insbesondere kann eine Referenzsignaldarstellung vorzugsweise immer dann erfasst werden, wenn sich eine Störschall beeinflussende Bedingung um einen vorbestimmten Betrag oder Faktor verändert hat. Somit kann vorteilhafterweise ein selbstadjustierendes System geschaffen werden, das automatisch eine weitere Referenzsignaldarstellung immer dann erfasst, wenn aufgrund einer Veränderung einer Störschall beeinflussenden Bedingung eine Anpassung der Referenzsignaldarstellung bzw. das Erfassen einer weiteren Referenzsignaldarstellung erforderlich ist.
Eine jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung kann vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: eine Temperatur einer Außenhaut des Kraftfahrzeugs; eine Temperatur des Ultraschallsensors; ein Lebensalter des Ultraschallsensors und/oder des Kraftfahrzeugs; eine Anregungsmode des Ultraschall-Sendesignals; und dergleichen.
Eine Anregungsmode des Ultraschall-Sendesignals kann vorzugsweise umfassen: eine Frequenz, eine Signalform und/oder eine Amplitude des ausgesendeten Ultraschall-Sendesignals.
Werte der jeweiligen Größen können, wie jeweils zutreffend, beispielsweise mit Sensoren gemessen, aus den Referenzsignaldarstellungen bzw. der Messsignaldarstellung abgeleitet oder von einem Steuergerät (ECU), welches den Betrieb des Ultraschallsensors steuert, bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt b) die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung verknüpft mit der jeweiligen Referenzsignaldarstellung (101 , 102, 103) gespeichert.
Das heißt, in Schritt b) wird sowohl die jeweilige Referenzsignaldarstellung als auch die zum Zeitpunkt des Erfassens der betreffenden Referenzsignaldarstellung herrschende Störschall beeinflussende Bedingung gespeichert, und es wird eine Verknüpfung zwischen der gespeicherten Referenzsignaldarstellung und der zugehörigen Störschall beeinflussenden Bedingung hergestellt. Demgemäß kann zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise bei dem Auswählen in Schritt e), unter den gespeicherten Referenzsignaldarstellungen eine geeignete Referenzsignaldarstellung anhand einer Störschall beeinflussenden Bedingung ermittelt und ausgewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren ferner c) das Erzeugen einer um Luftschallecho-Signalanteile bereinigten Referenzsignaldarstellung aus einer oder mehreren der erfassten und/oder gespeicherten Referenzsignaldarstellungen.
Demgemäß kann vorteilhafterweise dafür gesorgt werden, dass Hindernisse, die sich bei Erfassen einer Referenzsignaldarstellung, insbesondere bei Stillstand des Kraftfahrzeugs, im Umfeld des Kraftfahrzeugs befinden könnten und ein Luftschallecho zu dem Ultraschallsensor reflektieren, bei nachfolgenden Messungen nicht fälschlich ausgeblendet werden.
Das Bereinigen kann vorzugsweise mittels Signalvergleich mit den mehreren in Schritt b) gespeicherten Referenzsignaldarstellungen erfolgen.
Das Bereinigen kann unter Verwendung von Mittelwertfiltern, logischen Verknüpfungen oder anderen Filtermechanismen zur Eliminierung von unerwünschten Signalanteilen in den Referenzsignaldarstellungen erfolgen. Denkbar sind ebenso Methoden zur Gewichtung von Referenzsignaldarstellungen in Abhängigkeit einer Vertrauenswürdigkeit der jeweiligen Referenzmessung.
Das Bereinigen kann insbesondere dergestalt erfolgen, dass in der Referenzsignalbasis nur Referenzsignaldarstellungen gespeichert sind, in denen Signalanteile, die von Luftschallechos herrühren, reduziert und/oder entfernt sind. Zum Bereinigen können beispielsweise die betreffenden Signalanteile in den erfassten oder gespeicherten Referenzsignaldarstellungen reduziert und/oder entfernt werden. Es ist auch denkbar, aus einer oder mehrerer der erfassten und/oder gespeicherten Referenzsignaldarstellung eine bereinigte Referenzsignaldarstellung zu generieren. Denkbar ist auch, einige der erfassten und/oder gespeicherten Referenzsignaldarstellungen, die nicht bereinigt wurden oder nicht bereinigt werden können, als nicht vertrauenswürdig beurteilt wurden oder dergleichen, zu verwerfen. In diesem Fall kann das Übernehmen bzw. fortgesetzte Verwenden einer nicht verworfenen Referenzsignaldarstellung als das Erzeugen einer bereinigten Referenzsignaldarstellung aufgefasst werden.
Schritt c) kann vor oder nach Schritt b) durchgeführt werden. Das heißt, die erfassten Referenzsignaldarstellungen können bereinigt werden und es können in Schritt b) nur bereinigte Referenzsignaldarstellungen gespeichert werden. Alternativ hierzu können zunächst alle Referenzsignaldarstellungen gespeichert werden, und das Bereinigen kann einmalig oder periodisch zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden für das Bereinigen in Schritt c) Referenzsignaldarstellungen ausgewählt, die bei gleichen oder vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurden, und die bereinigte Referenzsignaldarstellung wird anhand eines Signalvergleichs der ausgewählten Referenzsignaldarstellungen erzeugt.
Insbesondere ist vorteilhafterweise nicht erforderlich, dass die mehreren ausgewählten Referenzsignaldarstellungen in zeitlicher Nähe zueinander erfasst worden sind, da für die Auswahl auf die zu früheren, ggf. auch viele Tage entfernten, Zeitpunkten gespeicherten Referenzsignaldarstellungen zurückgegriffen werden kann.
Bestimmte Störschall beeinflussende Bedingungen werden möglicherweise nur bei Stillstand des Fahrzeugs bei kaltem Motor erreicht. Bei Stillstand des Fahrzeugs verändert ein Hindernis im Umfeld des Fahrzeugs jedoch seine Position nicht. Durch Vergleich mit einer Referenzsignaldarstellung, die zu einem früheren Zustand bei den gleichen Störschall beeinflussenden Bedingungen aufgenommen wurde, kann das Hindernis dennoch identifiziert wer- den, da das Hindernis zu einem früheren Zeitpunkt entweder nicht vorhanden oder zumindest mit überragender Wahrscheinlichkeit nicht an derselben Position vorhanden war. Positionsunterschiede im Submillimeterbereich können ausreichend sein, um das Hindernis beim Vergleich zweier Referenzsignaldarstellungen zu identifizieren.
Demgemäß wird es vorteilhafterweise möglich, um Luftschallechos bereinigte Referenzsignaldarstellungen auch bei Störschall beeinflussenden Bedingungen zu erzeugen, die nur bei Stillstand des Kraftfahrzeugs auftreten, und es kann auch bei Stillstand des Kraftfahrzeugs (etwa vor dem morgendlichen Losfahren) eine besonders fehlerfreie Störschallkompensation an den Messsignaldarstellungen vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt e) die Referenzsignaldarstellung anhand einer Störschall beeinflussenden Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung ausgewählt.
Das heißt, eine Technik zum Auswählen einer geeigneten Referenzsignaldarstellung in Schritt e) zur Verwendung in Schritt f) kann vorzugsweise darin bestehen, eine Referenzsignaldarstellung auszuwählen, die bei den gleichen oder vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurde, die zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung vorliegen. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine besonders exakte Störschallkompensation erfolgen.
Unter vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen sind insbesondere Bedingungen zu verstehen, die voneinander um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag oder Faktor voneinander abweichen.
Die jeweiligen Störschall beeinflussenden Bedingungen, die zum Zeitpunkt des Erfassens der jeweiligen Referenzsignaldarstellung vorlagen, können beispielsweise in Schritt b) mit der jeweiligen Referenzsignaldarstellung verknüpft gespeichert werden. Sie können in einigen Beispielen jedoch auch, wann immer erforderlich, implizit aus der Referenzsignaldarstellung abgeleitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt e) aus mehreren der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen anhand jeweiliger Störschall beeinflussender Bedingungen zum Zeitpunkt des Erfassens der mehreren Referenzsignaldarstellungen und der Störschall beeinflussenden Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung eine interpolierte Referenzsignaldarstellung generiert und ausgewählt.
Demgemäß kann vorteilhaft eine interpolierte Referenzsignaldarstellung verwendet werden, wenn die Störschall beeinflussende Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung zwischen zwei oder mehr Stützstellen der Referenzsignalbasis liegt. Somit kann die Störschallkompensation besonders exakt erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung eine Größe, die von einem in den Ultraschallsensor integrierten oder am Kraftfahrzeug angebrachten Sensor gemessen wird.
Demgemäß können die jeweiligen Störschall beeinflussenden Bedingungen mit hoher Genauigkeit sensorisch bestimmt werden. Dadurch kann in Schritt e) eine besonders gut geeignete Referenzsignaldarstellung ausgewählt werden und damit die Qualität der Störschallkompensation in Schritt f) vorteilhaft verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung eine Größe, welche anhand des Auftretens eines zeitlich ersten Körperschallecho- Signalanteils in der jeweiligen Referenzsignaldarstellung bzw. der Messdarstellung bestimmt wird. Die Größe kann beispielsweise die Signallaufzeit zwischen Aussenden des Ultraschall-Sendesignals und Auftreten des ersten Körperschallechos sein. Die Größe kann auch eine von der Signallaufzeit anhand einer Eichkurve oder dergleichen abgeleitete Temperatur sein.
Demgemäß kann vorteilhafterweise auf einen separat bereitzustellenden Temperatursensor oder dergleichen verzichtet werden und die Störschall beeinflussende Bedingung direkt aus der jeweiligen Signaldarstellung ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt in Schritt e) das Auswählen anhand eines Vergleichs der Messsignaldarstellung mit mehreren der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen.
Anders ausgedrückt ist es vorteilhafterweise nicht erforderlich, für das Auswählen in Schritt e) die Störschall beeinflussenden Bedingungen zu kennen (zu messen oder abzuleiten), die beim Erfassen der Referenzsignaldarstellungen und der Messsignaldarstellungen vorlagen. Dennoch ist eine gezielte Auswahl einer geeigneten Referenzsignaldarstellung möglich.
Als Vergleichskriterium kann beispielsweise ein Grad einer Übereinstimmung oder ein Maß einer Verstimmung zwischen der Messsignaldarstellung und der jeweiligen Referenzsignaldarstellung herangezogen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte a) und b), und vorzugsweise auch c), des Verfahrens bei fahrendem Kraftfahrzeug ausgeführt und/oder die Schritte a) und b), und vorzugsweise auch c), des Verfahrens werden bei Stillstand des Kraftfahrzeugs ausgeführt.
Die genannten Schritte können insbesondere auch dann ausgeführt werden, wenn keine Relativbewegung zwischen Kraftfahrzeug und Objekten in dessen Umfeld stattfindet, wie beispielsweise bei in einer Tiefgarage geparktem Kraftfahrzeug. Dies gilt insbesondere, wenn die Referenzsignaldarstellungen wie vorstehend beschrieben um Luftschallechos bereinigt werden. Eine solche Bereinigung ist anhand mehrerer bei verschiedenen Parkvorgängen unter im Übrigen identischen Störschall beeinflussenden Bedingungen erfassten Referenzsignaldarstellungen möglich, sobald nach erneutem Einparken unter im Übrigen identischen Störschall beeinflussenden Bedingungen erneut eine Referenzsignaldarstellung erfasst wird.
Dadurch, dass die Referenzschallsignale sowohl bei Fahrt als auch bei Stillstand des Kraftfahrzeugs erfasst und ggf. bereinigt werden können, kann ein selbstadjustierendes System geschaffen werden, das in jeder Fahr- oder Standsituation, in welche es durch den Fahrer gebracht wird, über optimal adjustierte Referenzsignaldarstellungen für eine optimale Störschallkorrektur verfügt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die jeweilige Referenzsignaldarstellung und die Messsignaldarstellung jeweils eine datenreduzierte Darstellung des entsprechenden Ultraschall-Empfangssignals, die durch Frequenzumsetzung des Ultraschall-Empfangssignals mittels komplexer Abwärtskonvertierung erlangt wird.
Indem das Verfahren an datenreduzierten Signaldarstellungen durchgeführt wird, kann Speicherplatz beispielsweise eines Steuergeräts (ECU), welche das vorgeschlagene Verfahren realisiert, gespart werden, oder es können mehr Referenzsignaldarstellungen für eine größere Anzahl von Stützstellen gespeichert werden. Zudem wird vorteilhaft Bandbreite bei der Übertragung der Signalinformationen von dem Ultraschallsensor zu dem Steuergerät eingespart bzw. kann die Übertragung innerhalb einer gegebenen beschränkten Bandbreite realisiert werden, wenn bereits der Ultraschallsensor eine solche datenreduzierte Signaldarstellung generiert und nur die datenreduzierte Signaldarstellung an das Steuergerät überträgt.
Die Datenreduktion durch komplexe Abwärtskonvertierung kann beispielsweise erfolgen, indem das Ultraschall-Empfangssignal mittels eines IQ-Mixers ins Basisband konvertiert wird und die jeweilige Signaldarstellung anhand des konvertierten Signals im Basisband erfasst wird. Somit kann eine jeweilige Signaldarstellung einen I-Anteil (realen Anteil) und einen Q- Anteil (imaginären Anteil) umfassen. Alternativ kann eine jeweilige Signaldarstellung einen Amplitudenanteil und einen Phasenanteil umfassen. In beiden Fällen bleiben vorteilhafterweise sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformationen des ursprünglichen Ultraschall-Empfangssignals erhalten, und die rechnerische Störschallkompensation kann mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden und brauchbarere Ergebnisse liefern, als wenn beispielsweise in einer einfacheren datenreduzierten Darstellung, wie etwa einer Hüllkurve, nur die Amplitudeninformationen enthalten sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in den Schritten a) und d) die jeweilige Referenzsignaldarstellung und die Messsignaldarstellung jeweils erfasst, indem der das entsprechende Ultraschall-Empfangssignal empfangende Ultraschallsensor mittels komplexer Abwärtskonvertierung zwei Signalanteile des Ultraschall-Empfangssignals bestimmt, die bestimmten abwärtskonvertierten Signalanteile an ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs überträgt und das Steuergerät anhand der empfangenen abwärtskonvertierten Signalanteile eine Rohsignaldarstellung des Ultraschall-Empfangssignals rekonstruiert.
Insbesondere kann die solchermaßen rekonstruierte Rohsignaldarstellung durch das Steuergerät als die jeweilige Referenzsignaldarstellung bzw. die Messsignaldarstellung benutzt bzw. erfasst werden.
Demgemäß kann vorteilhafterweise der jeweilige empfangende Ultraschallsensor eine datenreduzierte Darstellung (die zwei Signalanteile, wie beispielsweise einen I-Signalanteil und einen Q-Signalanteil) des Ultraschall-Empfangssignals bandbreitensparend übertragen. Andererseits kann das Steuergerät, das über eine hohe Rechenleistung verfügen kann, die jeweilige Referenzsignaldarstellung und die Messsignaldarstellung aus der übertragenen datenreduzierten Darstellung dergestalt rekonstruieren, dass es sich bei der jeweiligen Signaldarstellung um eine Rohsignaldarstellung des entsprechenden Ultraschall-Empfangssignals handelt. Eine solche Rohsignaldarstellung kann alle wesentlichen Informationen des rohen Ultraschall-Empfangssignals abbilden, insbesondere die Amplituden- und die Phaseninformationen davon. So kann sich trotz geringer übertragener Datenmengen bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine qualitativ bessere störschallkompensierte Messsignaldarstellung ergeben, die beispielsweise ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist, die Form der darin enthaltenen Luftschallechos sauberer auflöst und dergleichen mehr. Insbesondere kann die rechnerische Störschallkompensation mit einer Genauigkeit erfolgen, die im Wesentlichen einer Genauigkeit entspricht, die erzielt würde, wenn der Ultraschallsensor die rohen Ultraschall-Empfangssignale übertragen würde und anhand der rohen Ultraschall-Empfangssignale Rohsignaldarstellungen erfasst würden und die rechnerische Störschallkompensation anhand der Rohsignaldarstellungen (rohe Referenzsignaldarstellung, rohe Messsignaldarstellung) durchgeführt würden.
Unter einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Vermessung einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches die Schritte des Verfahrens zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei anhand des Auftretens von Luftschallecho-Signalanteilen in der störschallkompensierten Messsignaldarstellung mindestens ein Abstand zu einem Hindernis in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.
Der Abstand kann somit vorteilhaft exakter bestimmt werden.
Der Abstand kann anhand einer Signallaufzeit zwischen Aussenden des Steuersignals und Empfangen des ersten Luftschallechos in der störschallkompensierten Messsignaldarstellung und der bekannten Schallgeschwindigkeit errechnet werden.
Anhand des bestimmten Abstands kann ein Warnton bei Unterschreiten eines Mindestabstands ausgegeben werden. Der bestimmte Abstand kann auch an ein Fahr- oder Parkassistenzsystem bereitgestellt werden, welches ein teil- oder vollautonomes Fahren oder Parken des Kraftfahrzeugs steuert.
Unter einem dritten Aspekt wird ein Ultraschallsensorsystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Ultraschallsensor und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach dem ersten oder zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen davon durchzuführen.
Die Mittel können einen Prozessor, einen Speicher, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Steuergerät (ECU) und dergleichen umfassen. Die Mittel können zentral bereitgestellt sein oder für jeden der Ultraschallsensoren separat bereitgestellt sein.
Unter einem vierten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches das Ultraschallsensorsystem des dritten Aspekts umfasst.
Das Kraftfahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Elektrofahrrad, ein Seefahrzeug, ein Roboter und dergleichen sein. Vorzugsweise kann das Kraftfahrzeug über ein Assistenzsystem zum teil- oder vollautomatischen Fahren verfügen.
Vorgeschlagen werden außerdem ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Ultraschallsensorsystem gemäß dem dritten Aspekt das Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt durchführt, und ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Die für das vorgeschlagene Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt beschriebenen Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen gelten entsprechend auch für das vorgeschlagene Ultraschallsensorsystem, das vorgeschlagene Kraftfahrzeug, das vorgeschlagene Computerprogrammprodukt und das vorgeschlagene computerlesbare Speichermedium.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensorsystem gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 2 zeigt ein Ultraschallsensorsystem gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der rechnerischen Störschallkompensation und zeigt Auftragungen beispielhafter Signaldarstellungen; und
Fig. 4 veranschaulicht das Verfahren zur Störschallkompensation gemäß Ausführungsbeispielen.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Ultraschallsensorsystem 7 gemäß Ausführungsbeispielen. In dem Kraftfahrzeug 1 ist ein erster Ultraschallsensor 2 an einem Frontstoßfänger 4 verbaut, und ein zweiter Ultraschallsensor 3 ist an einem Heckstoßfänger 5 verbaut. Der Ultraschallsensor 2 ist beispielsweise verdeckt verbaut, das heißt, er ist hinter dem Frontstoßfänger 4 angeordnet und von außen unsichtbar. Der Ultraschallsensor 3 ist beispielsweise unverdeckt verbaut, das heißt, er ist von außen sichtbar. Der Ultraschallsensor 3 ist beispielsweise mit einem nicht gezeigten Dichtungsring in eine nicht gezeigte Öffnung in dem Heckstoßfänger 5 eingesetzt. Die Stoßfänger 4, 5 sind Karosseriebauteile, die gemeinsam mit weiteren Karosseriebauteilen eine Außenhaut 8 (Fig. 2) des Kraftfahrzeugs 1 bilden.
Das Kraftfahrzeug 1 ist mit einem Steuergerät (ECU) 6 ausgerüstet, welches mit den Ultraschallsensoren 2, 3 kommunikationsverbunden ist und dazu eingerichtet ist, mit Hilfe der Ultraschallsensoren 2, 3 ein Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 zu vermessen. Die Ultraschallsensoren 2, 3 und das Steuergerät 6 bilden gemeinsam ein Ultraschallsensorsystem 7. Fig. 2 zeigt ein Ultraschallsensorsystem 7 gemäß Ausführungsbeispielen in größerem Detail. Das Ultraschallsensorsystem 7 umfasst den Ultraschallsensor 2 und das Steuergerät 6. Das Steuergerät 6 steuert den Betrieb des Ultraschallsensors 2. Das Steuergerät 6 umfasst einen Prozessor 17 und einen Speicher 18. Der Speicher 18 ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger Speicher, wie ein Flash-Speicher, ein EEPROM, ein Magnetspeicher und dergleichen.
Der Ultraschallsensor 2 ist verdeckt hinter einer Außenhaut 8 eines Kraftfahrzeugs 1 (Fig. 1 ) verbaut. Eine Ultraschallmembran 9 des Ultraschallsensors 2 ist über ein Koppelelement 1 1 an die Außenhaut 8 des Kraftfahrzeugs 1 (Fig. 1 ) gekoppelt. An einer Innenseite der Ultraschallmembran 9 ist ein Piezoelement 12 angebracht, welches mit einem auf einer Leiterplatte 13 angeordneten Ansteuerelement 14 elektrisch verbunden ist. Wenn ein Ultraschall- Sendesignal gesendet werden soll, steuert das Ansteuerelement 14 das Piezoelement 12 mit elektrischen Signalen an, woraufhin das Piezoelement 12 die Ultraschallmembran 9 zu Schwingungen anregt. Die Schwingungen werden über das Koppelelement 1 1 auf die Fahrzeugaußenhaut 8 übertragen, die somit ebenfalls zu Schwingungen angeregt wird. Es kommt zur Emission von Luftschall 15. Außerdem breitet sich Körperschall 16 in der Fahrzeugaußenhaut 8 aus. Wenn der Luftschall 15 an einem Hindernis (nicht gezeigt) in der Umgebung des Kraftfahrzeug 1 (Fig. 1 ) reflektiert wird, läuft ein Luftschallecho zurück zu der Fahrzeugaußenhaut 8, regt diese zu Schwingungen an, die über das Koppelelement 11 an die Ultraschallmembran 9 weitergegeben und von dem Piezoelement 12 in ein elektrisches Signal, das auch als Ultraschall-Empfangssignal bezeichnet wird, umgewandelt werden. Ebenso kann der Körperschall 16 in der Außenhaut 8 reflektiert werden und zurück zu dem Ultraschallsensor 2 laufen. Deswegen kann dem Luftschallecho-Signalanteil des Ultraschall- Empfangssignals auch ein Körperschallecho-Signalanteil überlagert sein.
Das Steuergerät 6 veranlasst den Ultraschallsensor 2 (das Ansteuerelement 14 des Ultraschallsensors 2) zum Aussenden von Ultraschall-Sendesignalen und empfängt von dem Ultraschallsensor 2 Ultraschall-Empfangssignale und erfasst Signaldarstellungen (Messsignal- (Darstellungen und/oder Referenzsignaldarstellungen) der empfangenen Ultraschall-Empfangssignale. Erfasste Referenzsignaldarstellungen 101 -103 werden in dem Speicher 18 des Steuergeräts 6 gespeichert und bilden eine Referenzsignalbasis 10. Empfangene Messsignaldarstellungen werden anhand der Referenzsignaldarstellungen 101 -103 der Referenzsignalbasis 10 störschallkompensiert, worauf nachstehend im Detail eingegangen wird. Anhand des Auftretens (des Zeitpunkts des Auftretens) von Luftschallecho-Signalanteilen in den störschallkompensierten Messsignaldarstellungen bestimmt das Steuergerät 6 einen Abstand zu einem Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 (Fig. 1 ).
Es sei angemerkt, dass der Ultraschallsensor 2 mit dem Ansteuerelement 14, der Ultraschallmembran 9 und dem Piezoelement 12 sowie das Steuergerät 6 mit dem Prozessor 17 und dem Speicher 18 Mittel zum Durchführen eines später beschriebenen vorgeschlagenen Verfahrens darstellen. Die Verfahrensschritte werden hierbei von dem Ansteuerelement 14 und/oder von dem Prozessor 17 des Steuergeräts 6 veranlasst und mithilfe der weiteren Elemente des Steuergeräts und des Ultraschallsensors 2 ausgeführt.
Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der rechnerischen Störschallkompensation und zeigt grafische Auftragungen beispielhafter Signaldarstellungen 21 , 102, 20, 30. Bei den dargestellten Signaldarstellungen handelt es sich um datenreduzierte Darstellungen, die lediglich eine Hüllkurve mit Amplitudeninformationen über die empfangenen Ultraschall- Empfangssignale repräsentieren und lediglich der Veranschaulichung dienen. Tatsächlich erfolgt in bevorzugten Ausführungsbeispielen die rechnerische Störschallkompensation vorzugweise anhand von Signaldarstellungen, die mindestens Amplitudeninformationen und Phaseninformationen über die empfangenen Ultraschall-Empfangssignale umfassen.
In den jeweiligen Auftragungen a) bis d) ist auf der horizontalen Achse die Zeit t und auf der vertikalen Achse die Amplitude, dargestellt als Spannung U, aufgetragen.
Fig. 3 a) zeigt eine Messsignaldarstellung 21 , wie sie von dem unverdeckt verbauten Ultraschallsensor (3 in Fig. 1 ) erfasst wird, wenn ein Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs (1 in Fig. 1 ) angeordnet ist. Nach Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals (eines auf eine Trägerfrequenz aufmodulierten Impulses) bei der Zeit t=0 (d.h. im Ursprung) ist in der Messsignaldarstellung 21 zunächst das Ausschwingen der Ultraschallmembran (9 in Fig. 2) zu beobachten. In der Ausschwingzeit ergibt sich ein gesättigter Ausschwing-Signalanteil 21 1 , der erst nach einiger Zeit gegen null abfällt. Die Zeit bis zum Abfallen des gesättigten Ausschwing-Signalanteils 211 wird auch als Totzeit bezeichnet. Zu einem späteren Zeitpunkt tritt in der Messsignaldarstellung 21 ein Luftschallecho-Signalanteil 212 auf. Anhand des Zeitpunkts des Auftretens dieses Luftschallecho-Signalanteils 212 kann eine Entfernung zu dem Hindernis bestimmt werden, indem die halbe Signallaufzeit mit der Schallgeschwindigkeit in Luft multipliziert wird.
Fig. 3 b) zeigt eine Signaldarstellung 102, wie sie von dem verdeckt verbauten Ultraschallsensor (2 in Fig. 1 ) erfasst wird, wenn kein Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 (Fig. 1 ) angeordnet ist. Die Signaldarstellung 102 zeigt nach der Ausschwingzeit, das heißt im Anschluss an das Auftreten des Ausschwing-Signalanteils 21 1 , eine Anzahl von Körperschallecho-Signalanteilen 213, die auf Reflexionen des Körperschalls 16 (Fig. 2) in der Fahrzeugaußenhaut 8 zurückzuführen sind. Die Signaldarstellung 102 wird auch als Referenzsignaldarstellung 102 bezeichnet, da sie eine Referenz für ein Köperschallmuster angibt, das entsteht, wenn kein Hindernis vorhanden ist.
Fig. 3 c) zeigt eine Messsignaldarstellung 20, wie sie von dem verdeckt verbauten Ultraschallsensor 2 in Fig. 2) erfasst wird, wenn ein Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 (Fig. 1 ) angeordnet ist. In der Messsignaldarstellung 20 überlagen die Körperschallecho-Signalanteile 213 den Luftschallecho-Signalanteil 212; der Luftschallecho-Signalanteil 212 ist nur noch als leichte Verbreiterung eines der Körperschallecho-Signalanteile 213 zu sehen und auf automatisierte Weise schwer oder gar nicht detektierbar. Es ergibt sich somit eine unerwünschte Verlängerung der Totzeit.
Fig. 3 d) zeigt eine Signaldarstellung 30, die sich ergibt, wenn man im Rahmen einer rechnerischen Störschallkompensation die Referenzsignaldarstellung 102 aus Fig. 3b) von der Messsignaldarstellung 20 aus Fig. 3 c) subtrahiert. Der Luftschallecho-Anteil 212 ist nun deutlich zu erkennen und einfach automatisch detektierbar. Der Signal-Rausch-Abstand ist drastisch verbessert; außerdem erreicht die störschallkompensierte Messsignaldarstellung 30 zu keinem Zeitpunkt Sättigung; es ergibt sich also im Wesentlichen keine Totzeit.
Der technische Effekt einer Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands der störschallkompensierten Messsignaldarstellung 30 und einer Reduzierung der Totzeit des Ultraschallsensors 2 (Fig. 1 , 2) tritt jedoch nur dann ein, wenn die Referenzsignaldarstellung 102 nur Körperschallecho-Signalanteile 213 enthält, die denjenigen Köperschall-Signalanteilen 213 gleichen, die beim Erfassen der Messsignaldarstellung 20 auftreten.
Es wird auf die Fig. 1 bis Fig. 3 Bezug genommen. Zahlreiche Störschall beeinflussende Bedingungen haben einen Einfluss auf die Ausprägung des Körperschalls 16 in der Außenhaut 8 des Kraftfahrzeugs 1 . Beispiele für Störschall beeinflussende Bedingungen umfassen die Temperatur der Fahrzeugaußenhaut 8 und/oder die mit dieser korrelierende Temperatur des Ultraschallsensors 2, sowie Materialeigenschaften des Ultraschallsensors 2 und der Außenhaut 8, die sich mit zunehmendem Lebensalter der Materialien verändern können. Verändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Körperschalls 16, werden die Körperschallecho- Signalanteile 213 der in Fig. 3 gezeigten Signaldarstellungen 102, 20 entlang der Zeitachse unterschiedlich weit gedehnt oder gestaucht. Auch können im Laufe der Zeit veränderte Dämpfungseigenschaften der Außenhaut und/oder angrenzender Fahrzeugteile oder von an der Außenhaut 8 applizierten Materialien zur Reduzierung der Ausbreitung des Körperschalls 16 sich auf die Form, Anzahl, Amplitude, Phasenlage und dergleichen der Körperschallecho- Signalanteile 213 auswirken. Des Weiteren verändern sich die Körperschallecho-Signalanteile 213 auch abhängig von einer Anregungsmode des Ultraschallsensors 2, das heißt von der Frequenz, der Signalform und der Amplitude des ausgesendeten Ultraschall-Sendesignals; diese stellen ebenfalls Beispiele für Störschall beeinflussende Bedingungen dar. Wurde nun die Referenzsignaldarstellung 102 bei anderen Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst als die Messsignaldarstellung 20, ergibt sich eine Verstimmung aufgrund unterschied- licher Körperschallecho-Signalanteile in den Signaldarstellungen 102, 20, und bei einer Subtraktion ergibt sich nicht die störschallkompensierte Messsignaldarstellung 30, sondern eine Signaldarstellung mit Phantom-Signalanteilen und schlechtem Signal-Rausch-Verhältnis, in welcher der Luftschallecho-Signalanteil 212 gegebenenfalls nicht mehr klar detektierbar ist.
Wenn sich die Störschall beeinflussenden Bedingungen ändern, sollte die Referenzsignaldarstellung 102 daher aktualisiert werden. Befindet sich jedoch bei einer solchen Aktualisierung ein Hindernis im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 , so wird der von dem Hindernis resultierende Luftschallecho-Signalanteil 212 fälschlich als Körperschallecho-Signalanteil behandelt. In der Folge würde der Luftschallecho-Signalanteil 212 einer im Anschluss an das Erfassen der Referenzsignaldarstellung 102 erfassten Messsignaldarstellung 20 bei der Differenzbildung mit subtrahiert und das Hindernis somit ausgeblendet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele vorgestellt, die vorteilhafte Ausgestaltungen zum Erlangen geeigneter Referenzsignaldarstellungen 102 für eine rechnerische Störschallkompensation nach dem vorstehend dargelegten Prinzip unter Berücksichtigung der vorstehend aufgezeigten Problematik der veränderlichen Störschall beeinflussenden Bedingungen aufzeigen.
Fig. 4 veranschaulicht das Verfahren zur Störschallkompensation gemäß Ausführungsbeispielen. Die Beschreibung erfolgt unter Bezug auf Fig. 4 sowie Rückbezug auch auf die Fig. 1 , 2 und 3.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird in Schritt S1 eine Referenzsignaldarstellung 102 erfasst. Das heißt, es wird mit dem Ultraschallsensor 2 ein Ultraschall-Sendesignal ausgesandt und ein Ultraschall-Empfangssignal empfangen und eine, vorzugsweise digitale, besonders vorzugsweise datenreduzierte, Darstellung des Ultraschall-Empfangssignals als die Referenzsignaldarstellung 102 von dem Ultraschallsensor 2 erfasst. Schritt S1 wird mehrfach zu unterschiedlichen Zeitpunkten wiederholt, um weitere Referenzsignaldarstellungen 101 und 103 zu erfassen. Eine jeweilige erfasste Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 wird in Schritt S2 in dem Speicher 18 des Steuergeräts 6 für die spätere Verwendung gespeichert. Auf diese Weise wird eine Referenzsignalbasis 10 geschaffen, die eine Vielzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten und somit potenziell auch unter unterschiedlichen Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasste Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 umfasst.
Wenn das Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 vermessen werden soll, wird in Schritt S4 auf die gleiche Weise, wie für Schritt S1 geschildert, eine Messsignaldarstellung 20 erfasst. In Schritt S5 wird sodann in Kenntnis der erfassten Messsignaldarstellung 20 und der in dem Speicher 18 gespeicherten Referenzsignalbasis 10 eine geeignete der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen 101 ausgewählt. Sodann wird in Schritt S6 durch Subtrahieren der ausgewählten Referenzsignaldarstellung 101 von der erfassten Messsignaldarstellung 20 die störschallkompensierte Messdarstellung 30 erzeugt.
Dank der Referenzsignalbasis 10, die eine Vielzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 umfasst, kann vorteilhafterweise bei jeder Messung eine jeweils geeignete Referenzsignaldarstellung 101 ausgewählt werden. Unter geeignet ist beispielsweise zu verstehen, dass die ausgewählte Referenzsignaldarstellung 101 für die betreffende Messung das Signal-Rausch-Verhältnis der störschallkompensierten Messdarstellung 30 maximiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Auswählen in Schritt S5 anhand eines Vergleiches der Messsignaldarstellung 20 mit mehreren oder allen der Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 der Referenzsignalbasis 10.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Ausschwing-Signalanteile 21 1 der jeweiligen Signaldarstellungen 20, 101 , 102, 103 miteinander verglichen werden. Der Vergleich kann anhand charakteristischer Merkmale der jeweiligen Körperschallecho-Signalanteile 213 erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt der Vergleich, indem eine Güte der Körperschallkompensation der Messsignaldarstellung 20 unter Verwendung der jeweiligen Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 der Referenzsignalbasis 10 quantifiziert wird. Die Güte der Körperschallkompensation, das heißt der Grad der Übereinstimmung zwischen Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 und Messsignaldarstellung 20, kann beispielsweise anhand eines Effektivwerts, eines betragsmäßigen Maximums oder einer statistischen Maßzahl für die Amplitudenverteilung der nach Subtraktion der jeweiligen Referenzsignaldarstellung von der Messsignaldarstellung 20 verbleibenden Differenzsignaldarstellung 30 quantifiziert werden.
Somit kann diejenige Referenzsignaldarstellung 101 mit der besten quantifizierten Übereinstimmung ausgewählt werden. Gleichzeitig ist auch gewährleistet, dass nicht versehentlich eine Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 ausgewählt wird, in welcher fälschlicherweise Luftschallecho-Signalanteile 212 enthalten sind, da sich bei einer solchen Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 in den meisten praktischen Fällen ein geringerer Grad der Übereinstimmung ergeben würde.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden in Schritt S2 eine oder mehrere Störschall beeinflussende Bedingungen mit der jeweiligen Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 verknüpft und zusammen mit der jeweiligen Referenzsignaldarstellung 101 , 102, 103 in dem Speicher 18 gespeichert. Beispielsweise kann ein Parameter berechnet werden, der den relativen Zeitpunkt des Auftretens eines ersten Körperschall-Signalechoanteils 214 in der Referenzsignaldarstellung 101 , 103 angibt. Ein solcher Parameter ist indikativ für die Schallausbreitungsgeschwindigkeit des Körperschalls 16 in der Fahrzeugaußenhaut 8. Aus dem Parameter kann auch anhand einer Eichkurve auf eine Temperatur in der Fahrzeugaußenhaut 8 rückgeschlossen werden. Zudem können von der Steuereinheit 6 und/oder von dem Ansteuerelement 14 Informationen über die Anregungsmode des Ultraschallsensors 2 beim Aus- senden des Ultraschall-Sendesignals und/oder Informationen über das Lebensalter des Ultraschallsensors 2 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist zudem der Ultraschallsensor 2 einen Temperatursensor 19 auf, mit dem eine Temperatur des Ultraschallsensors 2 direkt gemessen werden kann. Der relative Zeitpunkt des Auftretens des ersten Körperschall-Signalechoanteils 214, die Temperatur der Fahrzeugaußenhaut 8, die Informationen über das Lebensalter, die Informationen über die Anregungsmode und/oder die Temperatur des Ultraschallsensors 2 sind Beispiele oder Indikatoren für Störschall beeinflussende Bedingungen, die verknüpft mit der Referenzsignaldarstellung 101 , 103 in dem Speicher 18 gespeichert werden können. Das heißt, der Begriff "Störschall beeinflussende Bedingungen" kann neben physikalischen Messgrößen auch Angaben umfassen, die als Indikatoren für eine Störschall beeinflussende physikalische Messgröße betrachtet werden können.
Sodann können in Schritt S5 auf gleiche Weise, wie vorstehend für Schritt S2 beschrieben, eine oder mehrere Störschall beeinflussende Bedingungen ermittelt werden, die beim Erfassen der Messsignaldarstellung 20 vorlagen. Das Auswählen einer Referenzsignaldarstellung 101 aus der Referenzsignalbasis 10 in Schritt S5 kann sodann durch einen Vergleich der Störschall beeinflussenden Bedingungen beim Erfassen der Messsignaldarstellung 20 mit den verknüpft mit den Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 gespeicherten Störschall beeinflussenden Bedingungen erfolgen.
Demgemäß kann sichergestellt werden, dass eine Referenzsignaldarstellung 101 ausgewählt wird, die unter gleichen oder vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurde, wie sie beim Erfassen der Messsignaldarstellung 20 vorliegen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann, wenn in der Referenzsignalbasis 10 keine exakte Übereinstimmung der Störschall beeinflussenden Bedingungen gefunden wird, in Schritt S5 anhand einer Störschall beeinflussenden Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung 20 und der Störschall beeinflussenden Bedingungen zu den Zeitpunkten des Erfassens von mindestens zwei der mehreren Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 durch Interpolieren eine interpolierte Referenzsignaldarstellung (nicht gezeigt) generiert und sodann ausgewählt werden. Das Interpolieren kann eindimensional oder auch in mehreren Dimensionen erfolgen, wenn mit mehreren Arten von Störschall beeinflussenden Bedingungen gearbeitet wird (beispielsweise Temperatur, Lebensalter und Anregungsmode). Das Interpolieren kann besonders vorzugsweise iterativ erfolgen, wobei eine Güte der sich mit der jeweiligen interpolierten Referenzsignaldarstellung ergebenden Körperschallkompensation iterativ optimiert wird.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele für das Auswählen in Schritt S5 können auch kombiniert werden. So kann beispielsweise zunächst anhand der Störschall beeinflussenden Bedingungen beim Erfassen der Messsignaldarstellung 20 eine Vorauswahl aus der Referenzsignalbasis 10 getroffen werden, die Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 umfasst, die bei vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurden. Sodann kann jede der vorausgewählten Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 von der Messsignaldarstellung 20 subtrahiert werden und diejenige der vorausgewählten Referenzsignaldarstellungen 101 für die Störschallkorrektur des Schrittes S6 ausgewählt werden, für die sich ein höchster Grad der Übereinstimmung, das heißt ein größtes Signal-Rausch-Verhältnis und/oder ein niedrigerster Anteil an verbleibenden Körperschallecho-Signalanteilen 213 in der Differenzsignaldarstellung 30, ergibt.
Demgemäß kann vorteilhafterweise eine besonders exakt störschallkompensierte Messsignaldarstellung 30 erhalten und für die besonders exakte Vermessung des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 benutzt werden.
Im Folgenden wird genauer beschrieben, wie die Referenzsignalbasis 10 erstellt und gepflegt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die mehreren Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 bei unterschiedlichen, Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst. Zum Beispiel kann Schritt S1 ereignisgesteuert immer dann durchgeführt werden, wenn mindestens eine Störschall beeinflussende Bedingung sich um mehr als einen vorbestimmten relativen oder absoluten Betrag verändert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner einen Schritt S3, in welchem die Referenzsignalbasis 10 bereinigt wird. Unter Bereinigen ist hierbei zu verstehen, dass Luftschallecho-Signalanteile 212 in den Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 reduziert oder entfernt werden und/oder dass weitere Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 erzeugt werden, in denen die Luftschallecho-Signalanteile 212 reduziert oder entfernt sind, und/oder das nicht vertrauenswürdige Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 verworfen werden.
Beispielsweise können Methoden zur Gewichtung der Referenzsignaldarstellungen 101 , 103 zum Einsatz kommen, um nicht vertrauenswürdige Referenzsignaldarstellungen 101 , 103 zu verwerfen.
Beispielsweise können Mittelwertfilter, logische Verknüpfungen oder andere Filtermechanismen verwendet werden, um die Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 um Luftschallecho-Signalanteile 212 zu bereinigen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden in Schritt S3 aus der Referenzsignalbasis 10 mehrere der Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 ausgewählt, die bei gleichen o- der vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurden. Sodann werden die ausgewählten Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 miteinander verglichen.
Beispielsweise können zum Vergleichen die ausgewählten Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 nacheinander kommutierend voneinander subtrahiert werden. Auf diese Weise können anhand der sich ergebenden Differenzsignaldarstellungen 30 eine oder mehrere Luftschallecho-Signalanteile 212 identifiziert werden. Sodann können durch Subtrahieren der identifizierten Luftschallecho-Signalanteile 212 von den ausgewählten Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 entsprechende bereinigte Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 erzeugt werden.
Der Schritt S3 zum Bereinigen kann vor Schritt S2 ausgeführt werden, d.h., anhand jeder neu erfassten Referenzsignaldarstellung 102 und der bereits bekannten Referenzsignalbasis 10 zu diesem Zeitpunkt wird zunächst eine bereinigte Referenzsignaldarstellung 102' erzeugt und diese dann in Schritt S2 der Referenzsignalbasis 10 hinzugefügt.
Der Schritt S3 kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch unabhängig von Schritt S1 und S2 direkt an der Referenzsignalbasis 10 durchgeführt werden und diese bereinigen, beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen oder immer dann, wenn der Referenzsignalbasis 10 eine Referenzsignaldarstellung 102 mit zugehörigen Störschall beeinflussenden Bedingungen gespeichert wird und für diese oder vergleichbare Störschall beeinflussende Bedingungen bereits eine Referenzsignaldarstellung 101 , 103 in der Referenzsignalbasis 10 gespeichert ist.
Ein derartiger Bereinigungsschritt S3 ist insbesondere in Ausführungsbeispielen nützlich, in denen die Schritte S1 , S2, also das Erfassen und Speichern von Referenzsignaldarstellungen 101 -103, kontinuierlich bzw. in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Referenzsignalbasis 10 kontinuierlich bei fahrendem Kraftfahrzeug 1 und/oder auch bei Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 aktualisiert werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass sich beim Erfassen einer Referenzsignaldarstellung 101 -103 ein Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 befand und auf das Objekt zurückgehende Luftschallecho-Signalanteile in den erfassten Referenzsignaldarstellungen 101 -103 enthalten sind, die zu bereinigen sind. Bei Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 in einem Zustand, bei dem sich auch etwaige Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 nicht bewegen, wie beispielsweise beim Parken in einer Tiefgarage, kann eine oder können mehrere bei einem einzelnen Parkvorgang erfasste Referenzsignaldarstellungen zwar alleine nicht bereinigt werden. Es ist jedoch äußerst unwahrscheinlich, dass bei mehrmaligem Abstellen des Kraftfahrzeugs 1 - selbst wenn dies in einer selben Garage erfolgt - ein Hindernis in der Garage millimetergenau gleich relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 positioniert ist. Wenn Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 beispielsweise von einem jeweiligen Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 vom aktuellen Tag und von Vortagen bei derselben Störschall beeinflussenden Bedingung in der Referenzsignalbasis 10 enthalten sind, reicht bereits ein Positionsunterschied des Hindernisses in der Garage im Submillimeterbereich aus, um mit den vorstehend beschriebenen Bereinigungsverfahren durch Differenzbildung die jeweiligen auf das Hindernis zurückzuführenden Luftschallecho- Signalanteile 212 zu erkennen und die Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 entsprechend zu bereinigen.
Durch die aufgezeigten Möglichkeiten zur laufenden Pflege der Referenzsignalbasis 10 kann eine Referenzsignalbasis 10 geschaffen werden, die hochwertige Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 umfasst, welche um Luftschallecho-Signalanteile 102 bestmöglich bereinigt sind, und dies auch, wenn die Referenzsignaldarstellungen 101 , 102, 103 ursprünglich in kritischen Situationen mit Hindernissen im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 erfasst wurden.
Demgemäß kann die Qualität der störschallkompensierten Messsignaldarstellung 30 und damit die Qualität der Hinderniserkennung und der gleichen vorteilhaft verbessert werden.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
So wurde in den Ausführungsbeispielen hauptsächlich ein verdeckt verbauter Ultraschallsensor 2 und Körperschall 16 in der Fahrzeugaußenhaut 8 als Störschall beschrieben. Das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch auch auf unverdeckt verbaute Ultraschallsensoren 3 anwendbar. So kann der durch das Ausschwingen der Ultraschallmembran 9 nach Aussenden des Ultraschall-Sendesignals in der Messsignaldarstellung 20 sichtbare Ausschwing- Signalanteil 211 ebenfalls als Störschall betrachtet werden und auf gleiche Art wie die Körperschallecho-Signalanteile 213 im Falle des verdeckt verbauten Ultraschallsensors 2 durch Signalsubtraktion kompensiert werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise die Totzeit des unverdeckt verbauten Ultraschallsensors 2 verringert oder eliminiert werden.
In den Ausführungsbeispielen wurde beschrieben, dass die Mittel des Ultraschallsensorsystems 7 zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens das Steuergerät 6 und das Ansteuerelement 14 umfassen. In diesem Fall kann das Ansteuerelement 14 beispielsweise eine einfache Schaltung zur Impedanzanpassung und einen Analog-digital-Wandler umfassen. Das Ansteuerelement 14 kann jedoch auch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) sein und einen Teil der Verarbeitung zur Durchführung der Schritte S1 bis S6 selbst übernehmen. Es kann auch das gesamte vorgeschlagene Verfahren mit dem ASIC 14 implementiert werden und ohne Vorhandensein eines separaten Steuergeräts 6 durchgeführt werden. In diesem Fall kann der Speicher 18 auf der Leiterplatte 13 des Ultraschallsensors 2 vorgesehen sein.
In den Ausführungsbeispielen wurde der Einfachheit halber nur ein einzelner verdeckter Ultraschallsensor 2 beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das vorgeschlagene Verfahren auf Ultraschallsensorsysteme 7 mit mehreren Ultraschallsensoren 2, 3 anwendbar ist. Das Körperschallmuster bei gleichen Störschall beeinflussenden Bedingungen ist typischerweise für jeden Ultraschallsensor 2, 3 verschieden; somit werden in diesem Fall vorzugsweise in dem Speicher 18 mehrere voneinander unabhängige Referenzsignalbasen 10 gespeichert, von denen jede einem der Ultraschallsensoren 2, 3 zugeordnet ist.
Die genannten Störschall beeinflussenden Bedingungen sind rein beispielhaft. Es können andere Einflussgrößen berücksichtigt werden, beispielsweise Wetterinformationen, die von Lichtsensoren, Regensensoren und dergleichen bezogen werden können.
Die Ausführungsbeispiele wurden anhand in Fig. 3 dargestellten vereinfachten Hüllkurven 20, 30, 102 beschrieben. Tatsächlich wird das Verfahren vorzugsweise anhand von Signaldarstellungen 20, 30, 101 -103 durchgeführt, die mindestens Amplituden- und Phaseninformationen über das jeweilige Ultraschall-Empfangssignal umfassen. Beispielsweise kann das Ansteuerelement 14 des Ultraschallsensors 2, 3 ein ASIC sein, der einen IQ-Mixer implementiert. Dieser kann eine komplexe Abwärtskonvertierung des empfangenen Ultraschall- Empfangssignals ins Basisband durchführen. Die komplexe Abwärtskonvertierung liefert einen I-Signalanteil und einen Q-Signalanteil des Ultraschall-Empfangssignals (Beispiel für eine datenreduzierte Darstellung des Ultraschall-Empfangssignals). Diese datenreduzierte Darstellung kann an das Steuergerät 6 des Kraftfahrzeugs 1 übertragen werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung führt sodann das Steuergerät 6 das vorstehend beschriebene Verfahren separat sowohl anhand der I-Sig nalanteile als auch anhand der Q-Sig- nalanteile durch, so dass eine störschallsignalkompensierte Messsignaldarstellung 30 erzeugt wird, die störschallkompensierte I-Sig nalanteile und störschallkompensierte Q-Sig- nalanteile umfasst. Aus dieser kann bei Bedarf - zum Bestimmen und Klassifizieren von Luftschallechos, zum Bestimmen des Abstands zu Hindernissen im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 und dergleichen - eine datenreduzierte, störschallkompensierte, hüllkurvenähnliche Darstellung des jeweiligen Ultraschall-Empfangssignals berechnet werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung kann das Steuergerät 6 aus den I-Sig- nalanteilen und den Q-Signalanteilen zunächst eine Rohsignaldarstellung des empfangenen Ultraschall-Empfangssignals rekonstruieren. Das heißt, das Verfahren kann anhand von Rohsignaldarstellungen durchgeführt werden und die erzeugte störschallkompensierte Messsignaldarstellung 30 kann eine störschallkompensierte Rohsignaldarstellung des gemessenen Ultraschall-Empfangssignals umfassen. Auf diese Weise kann trotz datenreduzierter Übertragung zwischen dem Ultraschallsensor 2, 3 und dem Steuergerät 6 von dem Steuergerät 6 eine qualitativ hochwertige störschallkompensierte Messsignaldarstellung 30 erzeugt werden. BEZUGSZEICHENLISTE
I Kraftfahrzeug
2, 3 Ultraschallsensor
4, 5 Stoßfänger
6 Steuergerät
7 Ultraschallsensorsystem
8 Außenhaut
9 Ultraschallmembran
10 Referenzsignalbasis
I I Koppelelement
12 Piezoelement
13 Leiterplatte
14 Ansteuerelement
15 Luftschall
16 Körperschall
17 Prozessor
18 Speicher
19 Temperatursensor
20 Messsignaldarstellung
21 Messsignaldarstellung eines unverdeckten Ultraschallsensors
30 störschallkompensierte Messsignaldarstellung, Differenzsignaldarstellung
101 ausgewählte Referenzsignaldarstellung
102 Referenzsignaldarstellung
103 Referenzsignaldarstellung
211 Ausschwing-Signalanteil
212 Luftschallecho-Signalanteil
213 Körperschallecho-Signalanteile
214 zeitlich erster Körperschallecho-Signalanteil
S1-S6 Verfahrensschritte

Claims

32 PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation für ein Ultraschallsensorsystem (7) eines Kraftfahrzeugs (1) mit den Schritten: a) Erfassen (S1) mehrerer Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils durch Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals mit einem Ultraschallsensor (2) des Ultraschallsensorsystems (7) und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben oder einem weiteren Ultraschallsensor (2) des Ultraschallsensorsystems (7); b) Speichern (S2) der mehreren Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103); d) Erfassen (S4) einer Messsignaldarstellung (20) durch Aussenden eines Ultraschall- Sendesignals mit dem Ultraschallsensor (2) und Empfangen eines Ultraschall-Empfangssignals mit demselben oder dem weiteren Ultraschallsensor (2); e) Auswählen (S5) einer der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen (101 ); und f) Erzeugen (S6) einer störschallkompensierten Messsignaldarstellung (30) durch Subtrahieren der ausgewählten Referenzsignaldarstellung (101) von der erfassten Messsignaldarstellung (20).
2. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) (S1) die mehreren Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) bei unterschiedlichen, Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst werden.
3. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung verknüpft mit der jeweiligen Referenzsignaldarstellung (101 , 102, 103) gespeichert wird.
4. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: 33 c) Erzeugen (S3) einer um Luftschallecho-Signalanteile (212) bereinigten Referenzsignaldarstellung (101 , 102, 103) aus einer oder mehreren der erfassten und/oder gespeicherten Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103).
5. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) (S3) Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) ausgewählt werden, die bei gleichen oder vergleichbaren Störschall beeinflussenden Bedingungen erfasst wurden, und die bereinigte Referenzsignaldarstellung (101 , 102, 103) anhand eines Signalvergleichs der ausgewählten Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) erzeugt wird.
6. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) (S5) die Referenzsignaldarstellung (101) anhand einer Störschall beeinflussenden Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung (20) ausgewählt wird.
7. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) (S5) aus mehreren der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) anhand jeweiliger Störschall beeinflussender Bedingungen zum Zeitpunkt des Erfassens der mehreren Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) und der Störschall beeinflussenden Bedingung zum Zeitpunkt des Erfassens der Messsignaldarstellung (20) eine interpolierte Referenzsignaldarstellung (101) generiert und ausgewählt wird.
8. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung eine Größe umfasst, die von einem in den Ultraschallsensor (2) und/oder in den weiteren Ultraschallsensor (2) integrierten oder am Kraftfahrzeug (1) angebrachten Sensor (19) gemessen wird.
9. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Störschall beeinflussende Bedingung eine Größe umfasst, welche anhand des Auftretens eines zeitlich ersten Körperschallecho-Signalanteils (214) in der jeweiligen Signaldarstellung bestimmt wird.
10. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) (S5) das Auswählen anhand eines Vergleichs der Messsignaldarstellung (20) mit mehreren der gespeicherten Referenzsignaldarstellungen (101 , 102, 103) erfolgt.
11 . Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) (S1 ) und b) (S2) des Verfahrens bei fahrendem Kraftfahrzeug (1 ) ausgeführt werden und/oder die Schritte a) (S1 ) und b) (S2) des Verfahrens bei Stillstand des Kraftfahrzeugs (1 ) ausgeführt werden.
12. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Referenzsignaldarstellung und die Messsignaldarstellung jeweils eine datenreduzierte Darstellung des entsprechenden Ultraschall-Empfangssignals sind, die durch Frequenzumsetzung des Ultraschall-Empfangssignals mittels komplexer Abwärtskonvertierung erlangt wird.
13. Verfahren zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der Ansprüche 1 bis
11 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten a) und d) die jeweilige Referenzsignaldarstellung (101 -103) und die Messdarstellung (20) jeweils erfasst werden, indem der das entsprechende Ultraschall-Empfangssignal empfangende Ultraschallsensor (2) mittels komplexer Abwärtskonvertierung zwei Signalanteile des Ultraschall-Empfangssignals bestimmt, die bestimmten abwärtskonvertierten Signalanteile an ein Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs (1 ) überträgt und das Steuergerät (6) anhand der empfangenen abwärtskonvertierten Signalanteile eine Rohsignaldarstellung des Ultraschall-Empfangssignals rekonstruiert.
14. Verfahren zur Vermessung einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1 ), umfassend die Schritte des Verfahrens zur rechnerischen Störschallkompensation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand des Auftretens von Luftschallecho-Signalanteilen (212) in der störschallkompensierten Messsignaldarstellung (30) mindestens ein Abstand zu einem Hindernis in der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1 ) bestimmt wird.
15. Ultraschallsensorsystem (7) für ein Kraftfahrzeug (1 ), umfassend mindestens einen Ultraschallsensor (2) und Mittel (17, 14), die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen.
16. Kraftfahrzeug (1 ), umfassend das Ultraschallsensorsystem nach Anspruch 15.
17. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Ultraschallsensorsystem (7) nach Anspruch 15 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchführt.
18. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17 gespeichert ist.
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