WO2010076061A1 - Verfahren und vorrichtung zum verstärken eines zur fahrzeugumfelddetektion geeigneten signals - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verstärken eines zur fahrzeugumfelddetektion geeigneten signals Download PDF

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WO2010076061A1
WO2010076061A1 PCT/EP2009/064421 EP2009064421W WO2010076061A1 WO 2010076061 A1 WO2010076061 A1 WO 2010076061A1 EP 2009064421 W EP2009064421 W EP 2009064421W WO 2010076061 A1 WO2010076061 A1 WO 2010076061A1
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WO
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signal
gain
echo signal
time
echo
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PCT/EP2009/064421
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Inventor
Matthias Karl
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/529—Gain of receiver varied automatically during pulse-recurrence period

Definitions

  • the present invention relates to a method according to claim 1, a device according to claim 11 and a computer program product according to claim 12.
  • Ultrasonic sensors are used to detect objects in an environment of a vehicle. These are installed remotely around the vehicle. The ultrasonic sensors are designed to receive echoes sent out and to a central one by means of transmission lines
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an arrangement for vehicle environment detection according to the prior art. Shown is a vehicle 800 having a first converter 801, a second converter 802, a third converter
  • the transducers 801, 802, 803, 804 may be disposed on an outside of the vehicle 800.
  • the transducers 801, 802, 803, 804 can each be designed as ultrasonic transmitters and receivers. Thus, the transducers 801, 802, 803, 804 can receive both ultrasonic signals and their reflections.
  • the converters 801, 802, 803, 804 are connected via transmission lines 805, 806, 807, 808 to a central signal processor 809.
  • the central signal processing 809 is designed to detect an object in the vehicle environment based on the received signals.
  • the number of transducers 801, 802, 803, 804 is exemplified and may be increased or decreased in accordance with the requirements of vehicle surroundings detection. Fig.
  • the decentralized sensor has a converter 801.
  • the transducer 801 may be implemented as an acoustic-to-electrical converter and is suitable for use with the vehicle surroundings detection shown in FIG. 8.
  • the distributed sensor further has an interface 912 to a transmission line, via which the decentralized sensor can be coupled to the central signal processor 809 shown in FIG. 8.
  • the distributed sensor is configured to filter and amplify a signal received by the converter 801.
  • the decentralized sensor has an amplifier device with an amplifier 913, a
  • the amplifiers 913, 918 are mostly combined with filters 915, 917, 919 with band-pass characteristics, or the filters 915, 917, 919 are integrated into the amplifiers.
  • the transmittable signal dynamics are determined on the one hand by the maximum permissible emission of the transmission line 805, 806, 807, 808 or by the maximum signal strength which can be generated with little effort and on the other hand by the coupling into the transmission lines 805, 806, 807, 808 Disturbances limited.
  • the amplitude compression 916 shown in FIG. 9 is frequently carried out in the case of analog transmission. Amplitude compression 916 may be performed by a logarithmic curve.
  • FIG. 10 shows a logarithmic characteristic suitable for amplitude compression.
  • the degree of compression is shown in the shown logarithmic curve.
  • variable A the variable A of the fixed amplification architecture described in particular.
  • DE 42 08 595 A1 describes a device for distance measurement with ultrasound.
  • the distance between transmitter and receiver is determined. Since the height of the echo signal depends inter alia on the distance between transmitter and receiver, inaccuracies in the evaluation of the echo signal may occur. These can be avoided by changing a switching threshold or by changing the amplification of the echo signal or by influencing the radiated signal as a function of the previously received echo signal.
  • the change in the gain of the echo signal is carried out in response to an envelope shape of a previous echo signal.
  • the disadvantage here is that the set gain for the current echo signal may be inappropriate if the current echo signal deviates from a previous echo signal in an unforeseen way.
  • the required evaluation of the envelope shape of the previous echo signal is complex and expensive.
  • the present invention proposes a method for amplifying an echo signal suitable for vehicle environment detection, a method for vehicle environment detection, furthermore a device which uses these methods and finally a corresponding computer program product according to the independent patent claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
  • the invention is based on the recognition that in the pulse transit time measuring systems, the receiving sensitivity to compensate for the room attenuation can be continuously tracked to analyze the received pulses with little effort in terms of their amplitude.
  • the approach according to the invention also enables a distortion-free and low-interference analog transmission of the received echo.
  • the inventive approach can thus be used advantageously in ultrasonic driver assistance systems.
  • the present invention provides a method of amplifying an echo signal suitable for vehicle surroundings detection, comprising the steps of: amplifying the echo signal with a gain factor dependent on a propagation time of the echo signal; and providing an amplified echo signal to an interface.
  • the echo signal may be a reflection of a
  • the transmission signal can be emitted for detection of an object in the vehicle surroundings by a sensor arranged on the vehicle.
  • the transmission signal may be an ultrasonic signal.
  • the duration of the echo signal may define a time duration between a transmission of the transmission signal and a reception of the echo signal.
  • the echo delay loss resulting from the echo propagation time can be compensated for.
  • the gain may have a greater value for a longer runtime than for a shorter runtime.
  • a value of the amplification factor may increase between a first time and a later second time in accordance with a predetermined amplification function. In this way, the gain can be continuously adjusted while waiting for the arrival of the echo signal. In this case, the change of the amplification factor for each expected echo signal can be repeated in the same way. When the echo signal arrives, the amplification factor can then have a value optimally adapted to the transit time. Due to the continuous change of the amplification factor, it is not necessary to determine the propagation time of the echo signal separately.
  • the first time may be a predetermined time after a transmission time of the transmission signal.
  • the predetermined gain function may be defined by a linear function, an exponential function, a power function or a jump function.
  • the method according to the invention may comprise a step of calibrating the amplification factor based on an echo signal serving as a reference, wherein the reference signal serving as echo signal represents a reflection of a reference transmission signal.
  • the reference transmission signal may have a course optimized for calibration.
  • the reference transmission signal may be a static signal having a predetermined reference value.
  • the transmission of the reference transmission signal with a predetermined reference value is advantageous when acoustic interferers occur that have no stationary size statistically.
  • the predetermined reference value of the reference transmission signal can approach zero or be zero.
  • the interference signal of the acoustic interferers is received as a supposed echo signal.
  • the calibration it is possible to compensate for variations in the amplification that occur, for example, in the case of simple analog circuits in the case of temperature fluctuations.
  • the inventive method may further comprise a step of amplitude compression of the echo signal.
  • signal strengths that are too large for further transmission can be compressed.
  • the echo signal can be compressed both before and after amplification.
  • the method may include a step of transmitting the amplified echo signal to an interface of central signal processing, wherein the central signal processing may be adapted to detect a vehicle environment based on a plurality of echo signals.
  • the transmission can be wired or wireless. In this way, the gain of the echo signal can be performed decentralized.
  • the present invention further provides a method for vehicle surroundings detection based on a plurality of echo signals, comprising the steps of: amplifying at least one of the plurality of echo signals according to the inventive method for amplifying an echo signal suitable for vehicle surroundings detection; and evaluating the at least one amplified echo signal and the remainder of the plurality of echo signals to detect a vehicle environment.
  • the inventive approach can be used in conjunction with known arrangements for vehicle environment detection.
  • Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program is executed on a control unit ,
  • the signal strength of an analog signal transmitted on the transmission line between the sensor and central signal evaluation does not decrease in the usual measure for the room attenuation.
  • the gain of a constant acoustic pulse in the receiver changes depending on the time of arrival of the acoustic pulse to the receiver.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a remote sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 3 a to 3 d show timing diagrams for transmitting the transmission start of a transmission pulse, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 5 is a circuit diagram of an adjustable gain, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing a stepwise gain characteristic according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a circuit diagram of an adjustable gain, according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of an arrangement for vehicle surroundings detection, according to the prior art
  • FIG. 9 is a block diagram of a decentralized sensor according to the prior art
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method for amplifying an echo signal suitable for vehicle environment detection in accordance with an embodiment of the present invention.
  • a received echo signal is amplified.
  • An amplification factor on which the amplification is based is dependent on a transit time of the echo signal.
  • an amplified echo signal is provided to an interface. The amplified echo signal can be output for further evaluation via the interface.
  • the amplification factor may have a greater value for a longer transit time than for a shorter transit time.
  • the change of the amplification factor can be synchronized with the duration of the echo signal.
  • the currently current value of the changing amplification factor can be selected and used to amplify the echo signal.
  • the method according to the invention can be used in conjunction with an arrangement for vehicle surroundings detection, as shown in FIG. 8.
  • the method can be implemented in a decentralized sensor of an arrangement for vehicle surroundings detection.
  • the echo signals received by one, several or all of the transducers shown in FIG. 8 can be amplified by means of the method according to the invention and relayed via transmission channels to the central signal processing.
  • at least one of the plurality of echo signals may be amplified according to the method of the present invention.
  • the detection of an object in the vehicle environment can then be based either only on echo signals which are amplified according to the invention or on a combination of inventive and conventionally amplified echo signals.
  • the decentralized sensor has a converter 21 1.
  • the converter is configured to receive an echo signal.
  • the transducer 21 1 may be formed as an acoustic-electric converter and used for the vehicle environment detection shown in Fig. 8.
  • the decentralized sensor is designed to detect the received echo signal. strengthen and provide as an amplified echo signal at an interface 212.
  • the amplified echo signal may be provided as an analog signal for transmission to central signal processing.
  • the distributed sensor has an amplifier device with a variable amplifier 213.
  • the amplifier device is designed to amplify the received echo signal and to provide it as an amplified echo signal to the interface 212.
  • the variable amplifier 213 may be driven by a gain controller 214.
  • the gain controller 214 may be configured to increase the gain of the variable gain amplifier 213 as the gain increases
  • the gain controller 214 may be coupled to the interface 212. Furthermore, the gain control 214 may have an interface for synchronization with a transmission time of the echo signal or of a transmission signal on which the echo signal is based.
  • the amplifier device may further comprise a bandpass filter 215 and optionally an amplitude compression device 216.
  • the bandpass filter 215 may filter the signal provided by the variable gain amplifier 213.
  • the amplitude compression device 216 may perform amplitude compression of the filtered signal and provide a compressed signal to the interface 212.
  • the decentralized sensor may further comprise a further bandpass filter 217 and a further amplifier device with an amplifier 218 and another bandpass filter
  • the further bandpass 219 is designed to filter the echo signal provided by the converter 21 1 and to provide it to the amplifier 218.
  • the further bandpass 219 is designed to filter the echo signal preamplified by the amplifier 218 and to provide it to the variable amplifier 213.
  • the approach according to the invention is based on the recognition that echoes with a longer transit time T generally have a lower signal strength, since they As a result, the room attenuation are attenuated stronger than short-term echoes. This results from the fact that for the echo strength applies:
  • the size k 4 is not subject to closer inspection.
  • the space attenuation increases with increasing object distance d, where the increase per object is: 1, 5 ⁇ x ⁇ 4.
  • FIG. 1 A corresponding receiver architecture of the decentralized sensors is shown in FIG. In contrast to the amplifier shown in FIG.
  • At least one receiving amplifier 213 whose gain is variable and can be varied by means of a gain control 214.
  • the timing of the receive amplification 213 should preferably run synchronously with the transmit pulse and thus also synchronously with the reflected echo signal.
  • Figures 3a to 3d represent possible timing schemes for easy transmission of the transmission start of the transmission pulse to all sensors of an arrangement for vehicle environment detection. If the receiver, as shown in Fig. 8, connected by means of transmission lines to a central signal processing, so the control center can tell all receivers the start of transmission of the pulse whose reflection represents the echo signal. This can e.g. be effected in that the supply voltage or the supply current to the decentralized sensors differs during the transmission of the pulse. By transmitting the transmission start, the amplification factor can be synchronized with the transit time of the echo signal.
  • 3b shows a voltage curve U in a receiving sensor, plotted against the time T.
  • T P From time T P , the voltage again has the constant value of 8V.
  • FIG. 3c shows a voltage curve U in the case of a further receiving sensor, plotted over time T.
  • the voltage curve corresponds to the voltage curve shown in FIG. 3b.
  • the transmitting sensor is informed by transmission of a clock signal that it is to transmit, while the receiving sensors are notified by means of a digital jump of duration T P that another sensor is currently transmitting.
  • the predetermined gain function may be defined by a linear function, an exponential function, a power function or a jump function.
  • the basic principle of all curves 321, 322, 323 is here that the gain preferably starts from a basic gain V 0 and with a maximum gain V ⁇ or
  • V max should end.
  • the basic gain should be chosen so that important strong echoes are still transmitted without distortion and the maximum gain is at most in the order of magnitude of the in-band background noise.
  • Vp ( ⁇ ) K 1 (T - Tp - T D ) X + V 0 , where x « 2.5
  • V * ( ⁇ ) % - lk) e ** + I? «.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a profile of a gain characteristic 424 that is realized by approximating a plurality of curve pieces.
  • the gain V ( ⁇ ) may have a maximum value V ⁇ .
  • the gain may be at a value
  • V 0 fall and remain at the time V P + T D at the value V 0 .
  • the gain can increase until the value V ⁇ is reached .
  • the steepness of the rise of the gain curve 424 is increased in four steps.
  • Fig. 5 shows a circuit diagram of an adjustable gain, which is realized according to this embodiment by means of steepness modulation.
  • the slope modulation can be realized by means of a known slope multiplier, which is characterized by the characteristic curve
  • a first gain characteristic 625 has a time equidistant gain change.
  • a second gain characteristic 626 has an amplitude equidistant gain change.
  • the gain may have a maximum value V ⁇ .
  • the gain may fall and remain until the time T P + T D at the value V 0, the gain for example to a value V. From the time T P + T D , the gain can increase abruptly until the value V max is reached .
  • the first gain characteristic 625 increases in four steps from the value V 0 to the value V max .
  • the second gain characteristic 625 increases in five steps from the value V 0 to the value V max .
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of a realization of an abrupt gain, as shown in FIG. Shown is a particularly simple variant of the sudden change in gain, as described, for example, in US Pat. caused by a gain switching.
  • the gain of the circuit shown in Fig. 7 can be changed abruptly by switching on or off resistors. The switching of the resistors can be done by the gain control shown in FIG.
  • the signal distortion caused by the sudden change in amplification can preferably be compensated by means of digital signal processing.
  • all the sensors may be controlled as receiving sensors, as shown in Figures 3b and 3c, and the acoustic noise may be used as a reference by multiple correlation if necessary.
  • the central signal processing can determine from the time course of the signals from the reception amplifiers of the decentralized sensors the time profile of the respective amplification. It is assumed that the acoustic interferers are at least statistically a stationary size.
  • At least one sensor can be set as "continuous tone transmitter" and all other sensors can, as in the
  • Figures 3b and 3c shown as receiving sensors are driven. If necessary, the continuous tone signals can be used as a reference by means of multiple correlation. In this case, the central signal processing can determine from the time course of the signals from the reception amplifiers of the decentralized sensors the time profile of the respective amplification. This active
  • Variant can be preferably used when the acoustic interferers are not even statistically a stationary size. In this method of amplifier calibration, it must be ensured that, in principle, the signals of the
  • Echoes that are noticeably stronger than the continuous tone signal can be filtered out.
  • At least one of the gain quantities may have a value known to the central signal processing.
  • the cost of the self-calibration can be limited by this fixed reference to the determination of the relative change to this reference.
  • the calibration may be performed by the gain driver shown in FIG.
  • the gain driver may receive a calibration signal from the central signal processing shown in FIG.
  • the central signal processing can determine the calibration signal based on a reference echo signal.
  • the echo signal serving as a reference can represent a reflection of a reference transmission signal that, according to the exemplary embodiments described, can be a continuous tone signal with a predetermined reference value.
  • the predetermined reference value may also be a zero value, so that no reference transmission signal is transmitted.
  • the receivers can still be controlled as if a transmission signal were sent out.
  • the receive Receiver in this case, however, interference signals.
  • the interference signals can be forwarded to the central signal processing for evaluation.
  • the propagation-time-dependent amplification can preferably be designed for the optimum transmission of the small signals. Too large signal strengths of large signals can be compressed in this case with the amplitude compression shown in Fig. 2.
  • the present invention provides a system for vehicle surroundings detection by means of pulse echo modulation which decentrally amplifies the strength of a received signal before being transmitted over a transmission link, e.g. a line or a radio link is transmitted analogously to a central signal processing.
  • a transmission link e.g. a line or a radio link is transmitted analogously to a central signal processing.
  • at least the gain of one of the decentralized amplifying receivers can be dependent on a time interval between transmission of a transmission pulse up to arrival of a reception echo.
  • the amplification can start from a basic gain VO and end with a maximum gain V ⁇ .
  • the gain can also increase with the transit time T and be approximated by sections of curve pieces.
  • a variation of the gain in time or gain value can by means of
  • Reference signal calibrated preferably at least one of the gain values base gain V 0 and / or maximum gain V ⁇ require no calibration during the operating time.
  • a calibration reference of the reception gain a strength of a stochastic stationary noise signal can be used.
  • the calibration reference of the receive gain can be a from the System self-generated reference signal, such as a continuous tone used.
  • the amplification can be switched over in a jump, whereby preferably the times and the respective amplification values of the central signal processing are known. Also, the gain can be jumped over, with the course of the sudden gain change must be calibrated by the central signal processing.
  • Switching elements and different circuit architecture can be replaced.
  • the method according to the invention can also be used with other suitable signal types.
  • individual process steps can be performed in different order or multiple times.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals vorgeschlagen, das einen Schritt des Verstärkens des Echosignals mit einem von einer Laufzeit des Echosignals abhängigen Verstärkungsfaktor und einen Schritt des Bereitstellens eines verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle (212) umfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Verstärken eines zur Fahrzeuqumfelddetektion geeigneten Signals
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 1 sowie ein Computerprogrammprodukt ge- maß Anspruch 12.
Zur Detektion von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs werden Ultraschall-Sensoren (US-Sensoren) eingesetzt. Diese werden um das Fahrzeug herum dezentral montiert. Die Ultraschall-Sensoren sind ausgebildet, um ausgesen- dete Echos zu empfangen und mittels Übertragungsleitungen an eine zentrale
Signalverarbeitung des Fahrzeugs zu übertragen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Fahrzeugum- felddetektion gemäß dem Stand der Technik. Gezeigt ist ein Fahrzeug 800 mit einem ersten Wandler 801 , einem zweiten Wandler 802, einem dritten Wandler
803 und einem vierten Wandler 804. Die Wandler 801 , 802, 803, 804 können an einer Außenseite des Fahrzeugs 800 angeordnet sein. Die Wandler 801 , 802, 803, 804 können jeweils als Ultraschall-Sender und -Empfänger ausgebildet sein. Somit können die Wandler 801 , 802, 803, 804 sowohl Ultraschallsignale aussen- den als auch deren Reflexionen empfangen. Die Wandler 801 , 802, 803, 804 sind über Übertragungsleitungen 805, 806, 807, 808 mit einer zentralen Signalverarbeitung 809 verbunden. Die zentrale Signalverarbeitung 809 ist ausgebildet, um ein Objekt im Fahrzeugumfeld basierend auf den Empfangssignalen zu erkennen. Die Anzahl der Wandler 801 , 802, 803, 804 ist beispielhaft gewählt und kann entsprechend den Anforderungen der Fahrzeugumfelddetektion erhöht oder verringert werden. Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines dezentralen Sensors gemäß dem Stand der Technik. Der dezentrale Sensor weist einen Wandler 801 auf. Der Wandler 801 kann als Akustik-Elektro-Wandler ausgebildet sein und ist für den Einsatz der in Fig. 8 gezeigte Fahrzeugumfelddetektion geeignet. Der dezentrale Sensor weist ferner eine Schnittstelle 912 zu einer Übertragungsleitung auf, über die der dezentrale Sensor mit der in Fig. 8 gezeigte zentrale Signalverarbeitung 809 gekoppelt werden kann. Der dezentrale Sensor ist ausgebildet, um ein durch den Wandler 801 empfangenes Signal zu filtern und zu verstärken. Dazu weist der dezentrale Sensor eine Verstärkereinrichtung mit einem Verstärker 913, einem
Bandpass 915 und einer Amplitudenkompression 916 sowie einen weiteren Bandpass 917 und eine Anordnung aus einem weiteren Verstärker 918 und einem weiteren Bandpass 919 auf. Wird über die Schnittstelle 912 und somit über die Übertragungsleitung zur zentralen Signalverarbeitung das verstärkte Träger- bandsignal des Wandlers 801 übertragen, so weisen übliche Empfangsverstärker
913, 918 eine feste Übertragung auf. Die Verstärker 913, 918 sind zumeist mit Filtern 915, 917, 919 mit Bandpasscharakteristik kombiniert, bzw. die Filter 915, 917, 919 sind in die Verstärker integriert.
Die übertragbare Signaldynamik wird bei der in Fig. 8 gezeigten Architektur einerseits durch die maximal zulässige Abstrahlung der Übertragungsleitung 805, 806, 807, 808 bzw. durch die maximal aufwandsarm erzeugbare Signalstärke und andererseits durch die in die Übertragungsleitungen 805, 806, 807, 808 einkoppelnden Störungen begrenzt. Zur Verbreiterung der Signaldynamik wird bei analoger Übertragung häufig die in Fig. 9 gezeigte Amplitudenkompression 916 durchgeführt. Die Amplitudenkompression 916 kann mittels logarithmischer Kennlinie durchgeführt werden.
Fig. 10 zeigt eine zur Amplitudenkompression geeignete logarithmische Kennli- nie. Bei der gezeigten logarithmischen Kennlinie kann der Kompressionsgrad
K = A
durch Wahl der Variable A festgelegt werden. Bei der beschriebenen Architektur mit Festverstärkung unterliegen insbesondere Kleinsignale der Gefahr, dass sie während der Übertragung zur zentralen Signalverarbeitung gestört werden.
Die DE 42 08 595 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Abstandsmessung mit Ultraschall. Durch Messung der Laufzeit zwischen dem abgesandten und dem empfangenen Signal wird der Abstand zwischen Sender und Empfänger bestimmt. Da die Höhe des Echosignals unter anderem vom Abstand zwischen Sender und Empfänger abhängt, können Ungenauigkeiten bei der Auswertung des Echosig- nals auftreten. Diese können durch Veränderung einer Schaltschwelle bzw. durch Veränderung der Verstärkung des Echosignals oder durch Beeinflussung des abgestrahlten Signals in Abhängigkeit vom zuvor empfangenen Echosignal vermieden werden. Die Veränderung der Verstärkung des Echosignals erfolgt dabei in Abhängigkeit einer Hüllkurvenform eines vorhergehenden Echosignals. Nachteilig ist hierbei, dass die eingestellte Verstärkung für das aktuelle Echosignal ungeeignet sein kann, wenn das aktuelle Echosignal von einem vorangegangenem Echosignal auf unvorhergesehene Weise abweicht. Zudem ist die erforderliche Auswertung der Hüllkurvenform des vorangegangenen Echosignals aufwändig und kostenintensiv.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals, ein Ver- fahren zur Fahrzeugumfelddetektion, weiterhin eine Vorrichtung, die diese Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei Pulslaufzeit messenden Systemen die Empfangsempfindlichkeit zum Ausgleich der Raumdämpfung kontinuierlich nachgeführt werden kann, um die empfangenen Impulse aufwandsarm bezüglich ihrer Amplitude analysieren zu können. Somit kann unter Ausnutzung der bekannten Tatsache, dass die Echostärke mit zunehmender Echolaufzeit abnimmt, eine preiswerte Lösung zur Übertragung eines empfangenen Echos ge- schaffen werden. Vorteilhafterweise ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz zudem eine möglichst verzerrungs- und störungsarme analoge Übertragung des empfangenen Echos. Der erfindungsgemäße Ansatz kann somit vorteilhaft bei Ultraschall-Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verstärken eines zur Fahr- zeugumfelddetektion geeigneten Echosignals, das die folgenden Schritte aufweist: Verstärken des Echosignals mit einem von einer Laufzeit des Echosignals abhängigen Verstärkungsfaktor; und Bereitstellen eines verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle. Bei dem Echosignal kann es sich um eine Reflexion eines
Sendesignals handeln. Das Sendesignal kann zur Detektion eines Objekts im Fahrzeugumfeld von einem, am Fahrzeug angeordneten Sensor ausgesendet werden. Beispielsweis kann es sich bei dem Sendesignal um ein Ultraschallsignal handeln. Die Laufzeit des Echosignals kann eine Zeitdauer zwischen einem Aussenden des Sendesignals und einem Empfangen des Echosignals definieren.
Indem das Echosignal erfindungsgemäß mit einem, von einer Laufzeit des Echosignals abhängigen Verstärkungsfaktor verstärkt wird, kann der aus der Echolaufzeit resultierende Verlust der Echostärke kompensiert werden. Somit kann der Verstärkungsfaktor bei einer längeren Laufzeit einen größeren Wert als bei einer kürzeren Laufzeit aufweisen.
Erfindungsgemäß kann sich ein Wert des Verstärkungsfaktors zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt gemäß einer vorbestimmten Verstärkungsfunktion erhöhen. Auf diese Weise kann der Verstärkungsfaktor fortlaufend angepasst werden, während auf das Eintreffen des Echosignals gewartet wird. Dabei kann die Änderung des Verstärkungsfaktors für jedes erwartete Echosignal auf gleiche Weise wiederholt werden. Beim Eintreffen des Echosignals kann der Verstärkungsfaktor dann einen, optimal an die Laufzeit ange- passten Wert aufzuweisen. Durch die fortlaufende Änderung des Verstärkungs- faktors ist es nicht erforderlich, die Laufzeit des Echosignals separat zu bestimmen.
Repräsentiert das Echosignal eine Reflexion des Sendesignals, so kann der erste Zeitpunkt eine vorbestimmte Zeitdauer nach einem Sendezeitpunkt des Sen- designals liegen. Auf diese Weise kann die Anpassung des Verstärkungsfaktors mit der Laufzeit synchronisiert werden. Die vorbestimmte Verstärkungsfunktion kann durch eine lineare Funktion, eine Exponentialfunktion, eine Potenzfunktion oder eine Sprungfunktion definiert sein. Die unterschiedlichen Funktionen ermöglichen eine Anpassung des erfindungs- gemäßen Ansatzes an unterschiedliche Anforderungen. So können beispielsweise Funktionen ausgewählt werden, die eine optimale Anpassung des Verstärkungsfaktors ermöglichen oder es können Funktionen ausgewählt werden, die kostengünstig realisiert werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Kalibrierens des Verstärkungsfaktors, basierend auf einem als Referenz dienenden Echosignal umfassen, wobei das als Referenz dienenden Echosignal eine Reflexion eines Referenz-Sendesignals repräsentiert. Somit ist kein zusätzliches Referenzsignal zur Kalibrierung erforderlich. Das Referenz-Sendesignal kann einen speziell zur Kalibrierung optimierten Verlauf aufweisen. Beispielsweise kann das Referenz-Sendesignal ein statisches Signal mit einem vorbestimmten Referenzwert sein. Das Aussenden des Referenz-Sendesignals mit einem vorbestimmten Referenzwert ist vorteilhaft, wenn akustische Störer auftreten, die statistisch keine stationäre Größe aufweisen. Weisen die akustischen Störer da- gegen eine statistisch stationäre Größe auf, so kann der vorbestimmte Referenzwert des Referenz-Sendesignals gegen Null gehen oder Null sein. In diesem Fall wird das Störsignal der akustischen Störer als vermeintliches Echosignal empfangen. Mittels der Kalibrierung können Variationen der Verstärkung kompensiert werden, die beispielsweise bei einfachen Analogschaltungen bei Tem- peraturschwankungen auftreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner einen Schritt einer Amplitudenkompression des Echosignals aufweisen. Auf diese Weise können Signalstärken, die für eine weitere Übertragung zu groß sind, komprimiert werden. Dabei kann das Echosignal sowohl vor als auch nach der Verstärkung komprimiert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das Verfahren einen Schritt des Übertragens des verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle einer zentralen Signalverarbeitung umfassen, wobei die zentrale Signalverarbeitung geeignet sein kann, um ein Fahrzeugumfeld basierend auf einer Mehrzahl von Echosignalen zu detektieren. Die Übertragung kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Auf diese Weise kann die Verstärkung des Echosignals dezentral ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Fahrzeugumfelddetek- tion basierend auf einer Mehrzahl von Echosignalen, das folgende Schritte aufweist: Verstärken mindestens eines der Mehrzahl der Echosignale gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetek- tion geeigneten Echosignals; und Auswerten des mindestens einen verstärkten Echosignals und der übrigen der Mehrzahl der Echosignale, um ein Fahrzeugum- feld zu detektieren. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Ansatz im Zusammenhang mit bekannten Anordnungen zur Fahrzeugumfelddetektion eingesetzt werden.
Auch durch die Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplat- tenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
Erfindungsgemäß nimmt die Signalstärke eines analog übertragenen Signals auf der Übertragungsleitung zwischen Sensor und zentraler Signalauswertung nicht in dem für die Raumdämpfung üblichen Maß ab. Nach dem Aussenden eines Sendepulses verändert sich die Verstärkung eines gleichbleibenden akustischen Pulses im Empfänger abhängig vom Eintreffzeitpunkt des akustischen Pulses auf den Empfänger.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemä- ßen Verfahrens; Fig. 2 ein Blockschaltbild eines dezentralen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 3a bis 3d Timing-Schemata zur Übertragung des Sendebeginns ei- nes Sendepulses, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 4 einen Verlauf einer Verstärkungskennlinie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Schaltbild einer verstellbaren Verstärkung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen Verlauf einer sprunghaften Verstärkungskennlinie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Schaltbild einer verstellbaren Verstärkung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Fahrzeugumfeldde- tektion, gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines dezentralen Sensors, gemäß dem Stand der
Technik; und
Fig. 10 eine zur Amplitudenkompression geeignete logarithmische Kennlinie, gemäß dem Stand der Technik.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 101 wird ein empfangenes Echosignals verstärkt. Ein der Verstärkung zugrunde liegender Ver- Stärkungsfaktor ist dabei von einer Laufzeit des Echosignals abhängig. In einem zweiten Schritt 102 erfolgt ein Bereitstellen eines verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle. Über die Schnittstelle kann das verstärkte Echosignal zur weiteren Auswertung ausgegeben werden. Erfindungsgemäß kann der Verstärkungsfaktor bei einer längeren Laufzeit einen größeren Wert als bei einer kürzeren Laufzeit aufweisen. Die Änderung des Verstärkungsfaktors kann dabei synchronisiert zu der Laufzeit des Echosignals erfolgen. Beim Eintreffen des Echosignals kann der gerade aktuelle Wert des sich ändernden Verstärkungsfaktors ausgewählt und zur Verstärkung des Echosignals eingesetzt werden. Bis auf das synchronisierte Ändern des Verstärkungsfaktors ist somit keine Steuerung, Vorauswahl oder Vorberechnung des Verstärkungsfaktors erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Zusammenhang mit einer Anordnung zur Fahrzeugumfelddetektion eingesetzt werden, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Insbesondere kann das Verfahren in einem dezentralen Sensor einer Anordnung zur Fahrzeugumfelddetektion umgesetzt werden. Dabei können die Echosignale, die von einem, mehreren oder allen der in Fig. 8 gezeigten Wandler empfangen werden mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren verstärkt und über Übertragungskanäle an die zentrale Signalverarbeitung weitergeleitet werden. Somit kann bei einem Verfahren zur Fahrzeugumfelddetektion, das auf einer Mehrzahl von Echosignalen basiert, mindestens eines der Mehrzahl der Echosignale gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verstärkt werden. Die Detektion eines Objekts in der Fahrzeugumgebung kann dann entweder nur auf Echosignalen basieren, die erfindungsgemäß verstärkt sind oder auf einer Kombination aus erfindungsgemäßen und herkömmlich verstärkten Echosignalen.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines dezentralen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der dezentrale Sensor weist einen Wandler 21 1 auf. Der Wandler ist ausgebildet, um ein Echosignal zu Empfangen. Beispielsweise kann der Wandler 21 1 als Akustik-Elektro-Wandler ausgebildet sein und für die in Fig. 8 gezeigte Fahrzeugumfelddetektion eingesetzt werden.
Der dezentrale Sensor ist ausgebildet, um das empfangene Echosignal zu ver- stärken und als verstärktes Echosignal an einer Schnittstelle 212 bereitzustellen. An der Schnittstelle 212 kann das verstärkte Echosignal als analoges Signal zur Übertragung an eine zentrale Signalverarbeitung bereitgestellt werden.
Der dezentrale Sensor weist eine Verstärkereinrichtung mit einem variablen Verstärker 213 auf. Die Verstärkereinrichtung ist ausgebildet, um das empfangene Echosignal zu verstärken und als verstärktes Echosignal an die Schnittstelle 212 bereitzustellen. Der variable Verstärker 213 kann von einer Verstärkungssteuerung 214 angesteuert werden. Die Verstärkungssteuerung 214 kann ausgebildet sein, um den Verstärkungsfaktor des variablen Verstärkers 213 mit steigender
Laufzeit des Echosignals zu erhöhen und somit das erfindungsgemäße Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals umsetzen. Die Verstärkungssteuerung 214 kann mit der Schnittstelle 212 gekoppelt sein. Ferner kann die Verstärkungssteuerung 214 eine Schnittstelle zur Syn- chronisation mit einem Sendezeitpunkt des Echosignals bzw. eines dem Echosignal zugrunde liegenden Sendesignals aufweisen. Neben dem variablen Verstärker 213 kann die Verstärkereinrichtung ferner einen Bandpass 215 und optional eine Einrichtung zur Amplitudenkompression 216 aufweisen. Der Bandpass 215 kann das von dem variablen Verstärker 213 bereitgestellte Signal filtern. Die Einrichtung zur Amplitudenkompression 216 kann eine Amplitudenkompression des gefilterten Signals durchführen und ein komprimiertes Signal an die Schnittstelle 212 bereitstellen.
Der dezentrale Sensor kann ferner einen weiteren Bandpass 217 und eine weite- re Verstärkereinrichtung mit einem Verstärker 218 und einem weiteren Bandpass
219 aufweisen. Der weitere Bandpass 219 ist ausgebildet, um das von dem Wandler 21 1 bereitgestellte Echosignal zu filtern und an den Verstärker 218 bereitzustellen. Der weitere Bandpass 219 ist ausgebildet, um das von dem Verstärker 218 vorverstärkte Echosignal zu filtern und an den variablen Verstärker 213 bereitzustellen.
In dem dezentralen Sensor kann somit eine pulslaufzeitabhängige Empfangsverstärkung bei der Ultraschall Pulsecho-Fahrzeugumfelddetektion realisiert werden. Der erfindungsgemäße Ansatz basiert dabei auf der Erkenntnis, dass Echos mit größerer Laufzeit T im Allgemeinen eine geringere Signalstärke haben, da sie in- folge der Raumdämpfung stärker bedämpft sind, als Echos mit kurzer Laufzeit. Dies ergibt sich daraus, dass für die Echostärke gilt:
r(τ) « k4 • d"x.
Die Größe k4 unterliegt hier nicht näher betrachteten Einflüssen. Die Raumdämpfung nimmt mit zunehmendem Objektabstand d zu, wobei für die Zunahme je nach Objekt gilt: 1 ,5 < x < 4.
Mit
d = c • T
ergibt sich der Ausdruck:
r(τ) « k5 • rx.
Theoretisch wird somit ein Echosignal rv(τ), bei dem die laufzeitbedingte Raumdämpfung kompensiert ist, mittels laufzeitabhängiger Verstärkung
Figure imgf000011_0001
bestimmt.
Da jedoch die Potenz x von den, den akustischen Sendepuls reflektierenden Objekten abhängt, kann eine allgemeingültige optimale Verstärkung V(τ) nicht angegeben werden. Für beliebige Objekte kann nur die allgemeine Regel abgeleitet werden, dass eine mit der Laufzeit zunehmende Verstärkung in den Empfangs- Verstärkern wünschenswert ist, um Großsignale möglichst verzerrungsfrei und um Kleinsignale störungsarm zur zentralen Signalverarbeitung übertragen zu können.
Eine entsprechende Empfängerarchitektur der dezentralen Sensoren ist in Fig. 2 dargestellt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 9 gezeigten Verstärker enthält der in
Fig. 2 gezeigte Sensor zumindest einen Empfangsverstärker 213, dessen Ver- stärkung variabel ist und mittels einer Verstärkungssteuerung 214 variiert werden kann. Das Timing der Empfangsverstärkung 213 sollte dabei bevorzugt synchron zum Sendepuls und damit auch synchron zum reflektierten Echosignal verlaufen.
Die Figuren 3a bis 3d stellen mögliche Timing-Schemata zur einfachen Übertragung des Sendebeginns des Sendepulses an alle Sensoren einer Anordnung zur Fahrzeugumfelddetektion dar. Sind die Empfänger, wie in Fig. 8 gezeigt, mittels Übertragungsleitungen an einer zentralen Signalverarbeitung angeschlossen, so kann die Zentrale kann allen Empfängern den Sendebeginn des Pulses mitteilen, dessen Reflexion das Echosignal repräsentiert. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass sich während des Aussendens des Pulses die Versorgungsspannung oder der Versorgungsstrom zu den dezentralen Sensoren unterscheidet. Durch die Übertragung des Sendebeginns kann der Verstärkungsfaktor mit der Laufzeit des Echosignals synchronisiert werden.
Der Sendebeginn eines Sendepulses ist zum Zeitpunkten τ=0. Der Sendepuls endet zum Zeitpunkt τ=TP.
Fig. 3a zeigt einen Spannungsverlauf U beim sendenden Sensor, aufgetragen über die Zeit T. Bis zu dem Zeitpunkt τ=0 weist die Spannung einen konstanten
Wert von z.B. U=8V auf. Zum Zeitpunkt τ=0 fällt die Spannung beispielsweise auf eine Wert von U=OV ab und schwingt bist zum Zeitpunkt TP zwischen OV und 8V. Ab dem Zeitpunkt TP kann die Spannung wieder den konstanten Wert von 8V aufweisen.
Fig. 3b zeigt einen Spannungsverlauf U bei einem empfangenden Sensor, aufgetragen über die Zeit T. Bis zu dem Zeitpunkt τ=0 weist die Spannung einen konstanten Wert von z.B. U=8V auf. Zum Zeitpunkt τ=0 fällt die Spannung beispielsweise auf einen Wert von U=OV ab und bleibt bist zum Zeitpunkt TP auf OV. Ab dem Zeitpunkt TP weist die Spannung wieder den konstanten Wert von 8V auf.
Fig. 3c zeigt einen Spannungsverlauf U bei einem weiteren empfangenden Sensor, aufgetragen über die Zeit T. Der Spannungsverlauf entspricht dem in Fig. 3b gezeigten Spannungsverlauf auf. In dem in den Figuren 3a bis 3c gezeigten einfachen Ausführungsbeispielen wird dem sendenden Sensor durch Übertragung eines Taktsignals mitgeteilt, dass er senden soll, während den empfangenden Sensoren mittels eines digitalen Sprungs der Dauer TP mitgeteilt wird, dass ein anderer Sensor gerade sendet.
Fig. 3d stellt verschiedene Verläufe 321 , 322, 323 einer laufzeitabhängigen Verstärkung dar. Gezeigt ist der Verstärkungsverlauf 321 , 322, 323 der Empfänger über die Zeit T. Bevorzugt sollte die Verstärkung erst nach der Dauer des Sendepulses Tp und nach einer optionalen, zusätzlichen Verzögerung T0 zunehmen. Bis zu einem Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung einen maximalen Wert Vmax aufweisen. Zum Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung beispielsweise auf einen Wert von V0 abfallen und über den Zeitpunkt TP hinaus bis zu einem Zeitpunkt Tp+TD auf dem Wert VO bleiben. Ab dem Zeitpunkt TP+TD kann die Verstärkung bis zum Erreichen des Werts Vmax ansteigen. Somit kann sich ein Wert des Ver- Stärkungsfaktors zwischen dem Zeitpunkt TP+TD und einem späteren zweiten
Zeitpunkt gemäß einer vorbestimmten Verstärkungsfunktion erhöhen. Die vorbestimmte Verstärkungsfunktion kann durch eine lineare Funktion, eine Exponentialfunktion, eine Potenzfunktion oder eine Sprungfunktion definiert sein. Grundprinzip aller Kurven 321 , 322, 323 ist hier, dass die Verstärkung bevorzugt von einer Grundverstärkung V0 ausgeht und mit einer Maximalverstärkung V∞ oder
Vmax enden sollte. Bevorzugt sollte die Grundverstärkung so gewählt werden, dass wichtige starke Echos noch verzerrungsfrei übertragen werden und die Maximalverstärkung höchstens in der Größenordnung des Inband-Umfeldrauschens liegt.
Für den Übergangsabschnitt der Verstärkungskurve 321 , in dem die Verstärkung zunimmt, kann eine Verstärkung gemäß
Vp(τ) = K1 (T - Tp - TD)X + V0, mit x « 2,5
optimal sein.
Ein solcher Verlauf der Verstärkungskurve könnte jedoch für eine kostensparende Realisierung z.B. mit handelsüblichen analogen Bauelementen zu aufwändig sein. Daher kann auch eine lineare Verstärkungszunahme 322
Figure imgf000014_0001
V0
akzeptabel sein.
Mittels Widerstands-Kondensator-Kombination lässt sich einfach eine laufzeitabhängige Verstärkung 323 mit Exponentialcharakter realisieren:
V*(τ) = % - lk)e ** + I?«.
Weitere Verstärkungsverläufe sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Ansat- zes möglich.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verlaufs einer Verstärkungskennlinie 424, die mittels Approximation von mehreren Kurvenstücken realisiert wird. Bis zu dem Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung V(τ) einen maximalen Wert V∞ auf- weisen. Zum Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung beispielsweise auf einen Wert
V0 abfallen und bis zum Zeitpunkt TP+TD auf dem Wert V0 bleiben. Ab dem Zeitpunkt TP+TD kann die Verstärkung bis zum Erreichen des Werts V∞ ansteigen. Dabei wird die Steilheit des Anstieges des Verstärkungsverlaufs 424, gemäß diesem Ausführungsbeispiel, in vier Schritten gesteigert. Somit kann eine Approxi- mation des Übergangs der Verstärkung von V0 nach V∞ mittels Kurvenstücken erfolgen.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer verstellbaren Verstärkung, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels Steilheitsmodulation realisiert wird. Die Steilheitsmo- dulation kann mittels eines bekannten Steilheitsmultiplizierers realisiert werden, der durch die Kennlinie
V.,
/frr Uy < 6
R.. 2üτ
charakterisiert ist, wobei Uτ die am Bipolartransistor abfallenden Spannung definiert.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verlaufs einer besonders einfachen Variante einer Verstärkungskennlinie mit einer sprunghaften Verstärkungsände- rung bzw. Verstärkungsumschaltung. Gezeigt sind zwei Varianten. Eine erste Verstärkungskennlinie 625 weist eine zeitäquidistante Verstärkungsänderung auf. Eine zweite Verstärkungskennlinie 626 weist eine amplitudenäquidistante Verstärkungsänderung auf. Bis zu einem Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung ei- nen maximalen Wert V∞ aufweisen. Zum Zeitpunkt τ=0 kann die Verstärkung beispielsweise auf einen Wert V0 abfallen und bis zum Zeitpunkt TP+TD auf dem Wert V0 bleiben. Ab dem Zeitpunkt TP+TD kann die Verstärkung bis zum Erreichen des Werts Vmax sprunghaft ansteigen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel steigt die erste Verstärkungskennlinie 625 in vier Schritten von dem Wert V0 auf den Wert Vmax an. Die zweite Verstärkungskennlinie 625 steigt in fünf Schritten von dem Wert V0 auf den Wert Vmax an.
Fig. 7 zeigt ein Schaltbild einer Realisierung einer sprunghaften Verstärkung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Gezeigt ist eine besonders einfache Variante der sprung- haften Verstärkungsänderung, wie sie z.B. durch eine Verstärkungsumschaltung entsteht. Die Verstärkung der in Fig. 7 gezeigten Schaltung kann durch zuschalten oder abschalten von Widerständen sprunghaft geändert werden. Das Schalten der Widerstände kann durch die in Fig. 2 gezeigte Verstärkungssteuerung erfolgen.
Sind der in Fig. 8 gezeigten zentralen Signalverarbeitung sowohl der Zeitpunkt als auch die sich ändernden Verstärkungswerte bekannt, kann die durch die sprunghafte Verstärkungsänderung hervorgerufene Signalverzerrung bevorzugt mittels digitaler Signalverarbeitung kompensiert werden.
Werden einfache Analogschaltungen zur Verstärkungsverstellung eingesetzt, so können insbesondere Temperaturschwankungen zur starken Variationen der Verstärkung führen. Diese Verstärkungsschwankungen können von der zentralen Signalverarbeitung auf unterschiedliche Weise erkannt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können alle Sensoren als empfangende Sensoren angesteuert werden, wie es in den Figuren 3b und 3c gezeigt ist, und die akustischen Störsignale können erforderlichenfalls mittels mehrfacher Korrelation als Referenz verwendet werden. Die zentrale Signalverarbeitung kann in diesem Fall aus dem Zeitverlauf der Signale von den Empfangsverstärkern der dezentralen Sensoren den Zeitverlauf der jeweiligen Verstärkung bestimmen. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die akustischen Störer zumindest statistisch eine stationäre Größe sind.
Gemäß einem weitern Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Sensor als "Dau- ertonsender" eingestellt werden und alle übrigen Sensoren können, wie in den
Figuren 3b und 3c gezeigt, als empfangende Sensoren angesteuert werden. Die Dauertonsignale können erforderlichenfalls mittels mehrfacher Korrelation als Referenz verwendet werden. Die zentrale Signalverarbeitung kann in diesem Fall aus dem Zeitverlauf der Signale von den Empfangsverstärkern der dezentralen Sensoren den Zeitverlauf der jeweiligen Verstärkung bestimmen. Diese aktive
Variante kann bevorzugt eingesetzt werden, wenn die akustischen Störer noch nicht einmal statistisch eine stationäre Größe sind. Bei diesem Verfahren der Verstärkerkalibrierung ist darauf zu achten, dass prinzipiell die Signale der
Dauertonsender stärker als eventuell auftretende Echos sind. Selten auftretende
Echos, die erkennbar stärker als das Signal des Dauertonsenders sind, können ausgefiltert werden.
Bevorzugt kann zumindest eine der Verstärkungsgrößen, nämlich die Grundver- Stärkung V0 und/oder die Maximalverstärkung V∞ einen der zentralen Signalverarbeitung bekannten Wert aufweisen. Damit kann der Aufwand für die Eigenkalibrierung durch diese feste Bezugsgröße auf die Bestimmung der relativen Änderung zu dieser Bezugsgröße beschränkt werden.
Die Kalibrierung kann von der in Fig. 2 gezeigten Verstärkungsansteuerung ausgeführt werden. Dazu kann die Verstärkungsansteuerung ein Kalibrierungssignal von der in Fig. 8 gezeigten, zentralen Signalverarbeitung erhalten. Die zentrale Signalverarbeitung kann das Kalibrierungssignal basierend auf einem als Referenz dienenden Echosignal ermitteln. Das als Referenz dienenden Echosignal kann dabei eine Reflexion eines Referenz-Sendesignals repräsentieren, dass gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Dauertonsignal mit einem vorbestimmten Referenzwert sein kann. Der vorbestimmte Referenzwert kann auch ein Nullwert sein, so dass kein Referenz-Sendesignal ausgesendet wird. In diesem Fall können die Empfänger trotzdem so angesteuert werden, als ob ein Sendesignal ausgesendet würde. Anstelle eines Echosignals empfangen die Empfänger in diesem Fall jedoch Störsignale. Die Störsignale können an die zentrale Signalverarbeitung zur Auswertung weitergeleitet werden.
Genügt die Dynamik einer einfachen, laufzeitabhängigen Verstärkung nicht, um sowohl Kleinsignale auch Großsignale auf die Übertragungsstrecke zu komprimieren, so kann die laufzeitabhängige Verstärkung bevorzugt für die optimale Übertragung der Kleinsignale ausgelegt werden. Zu große Signalstärken von Großsignalen können in diesem Fall mit der in Fig. 2 gezeigten Amplitudenkompression komprimiert werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zur Fahrzeugumfelddetektion mittels Pulsechomodulation das die Stärke eines empfangenen Signals dezentral verstärkt, bevor sie über eine Übertragungsstrecke wie z.B. eine Leitung oder eine Funkstrecke, analog an eine zentrale Signalverarbeitung übertragen wird. Da- bei kann zumindest die Verstärkung eines der dezentral verstärkenden Empfänger abhängig von einem zeitlichen Abstand zwischen einem Aussenden eines Sendepulses bis zu einem Eintreffen eines Empfangsechos sein.
Dabei kann die Verstärkung von einer Grundverstärkung VO ausgehen und mit einer Maximalverstärkung V∞ enden.
Ein Übergang von der Grundverstärkung V0 zur Maximalverstärkung V∞ kann einer Potenzformel ähnlich zu VP(τ) = k-i (T - TP - TD)X + V0 entsprechen. Alternativ kann der Empfänger eine andere kontinuierlich zunehmende Verstärkung auf- weisen wie z.B. eine Exponentialkennlinie VP(τ) = ki (T - Tp - TD)X + V0 oder eine lineare Kennlinie V(τ) = k2 (T - TP - TD) + V0. Auch kann die Verstärkung ähnlich wie die Potenzkennlinie mit der Laufzeit T zunehmen und durch abschnittsweise Kurvenstücke approximiert werden.
Eine Schwankung der Verstärkung in Zeit oder Verstärkungswert kann mittels
Referenzsignal kalibriert werden, wobei bevorzugt zumindest einer der Verstärkungswerte Grundverstärkung V0 und/oder Maximalverstärkung V∞ keiner Kalibrierung während der Betriebszeit bedürfen. Als Kalibrierreferenz der Empfangsverstärkung kann eine Stärke eines stochastischen stationären Störsignalsignals verwendet werden. Als Kalibrierreferenz der Empfangsverstärkung kann ein vom System selbst erzeugtes Referenzsignalsignal, wie z.B. ein Dauerton, verwendet werden.
Die Verstärkung kann sprunghaft umgeschaltet werden, wobei bevorzugt die Zeitpunkte und die jeweiligen Verstärkungswerte der zentralen Signalverarbeitung bekannt sind. Auch kann die Verstärkung sprunghaft umgeschaltet werden, wobei der Verlauf der sprunghaften Verstärkungsänderung durch die zentrale Signalverarbeitung einkalibriert werden muss.
Zusätzlich zur laufzeitabhängigen Verstärkung können, wie bisher zumeist üblich,
Großsignale mittels Amplitudenkompression komprimiert werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die beschriebenen Schaltungen durch vergleichbare Schaltungen mit anderen oder ähnlichen
Schaltelementen und unterschiedlicher Schaltungsarchitektur ersetzt werden. Neben den beschriebenen Ultraschallsignalen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen geeigneten Signalarten eingesetzt werden. Auch können einzelne Verfahrensschritte in unterschiedlicher Reihenfolge oder mehrfach ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals, das folgende Schritte aufweist:
Verstärken (101 ) des Echosignals mit einem von einer Laufzeit des Echosignals abhängigen Verstärkungsfaktor; und
Bereitstellen (102) eines verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle (212).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , bei dem der Verstärkungsfaktor bei einer längeren Laufzeit einen größeren Wert als bei einer kürzeren Laufzeit aufweist.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem sich ein Wert des Verstärkungsfaktors zwischen einem ersten Zeitpunkt (TP+TD) und einem späteren zweiten Zeitpunkt gemäß einer vorbestimmten Verstärkungsfunktion (321 , 322, 323, 424, 625, 626) erhöht.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Echosignal eine Reflexion des Sendesignals repräsentiert und bei dem der erste Zeitpunkt (TP+TD) eine vorbestimmte Zeitdauer nach einem Sendezeitpunkt des Sendesignals liegt.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem die vorbestimmte Verstärkungsfunktion (321 , 322, 323, 424, 625, 626) durch eine lineare Funktion, eine Exponentialfunktion, eine Potenzfunktion oder eine Sprung- funktion definiert ist.
6. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Kalibrierens des Verstärkungsfaktors basierend auf einem als Referenz dienenden Echosignal, wobei das als Referenz dienenden Echosignal eine Reflexion eines Referenz-Sendesignals repräsentiert.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Referenz-Sendesignal ein statisches Signal mit einem vorbestimmten Referenzwert ist.
8. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt einer Amplitudenkompression (216) des Echosignals.
9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Übertragens des verstärkten Echosignals an eine Schnittstelle einer zentralen Signalverarbeitung (809), die geeignet ist, um ein Fahrzeugumfeld basierend auf einer Mehrzahl von Echosignalen zu detektieren.
10. Verfahren zur Fahrzeugumfelddetektion basierend auf einer Mehrzahl von Echosignalen, das folgende Schritte aufweist:
Verstärken mindestens eines der Mehrzahl der Echosignale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; und
Auswerten des mindestens einen verstärkten Echosignals und der übrigen der Mehrzahl der Echosignale, um ein Fahrzeugumfeld zu detektieren.
1 1 . Vorrichtung um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
12. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinen- lesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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