WO2014198487A1 - Schallwandler-array mit breitbandigen empfangselementen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a sensor system of a vehicle for localizing objects with at least one transmitting element and at least one
- Receiving element wherein receiving element and transmitting element are functionally separated from each other.
- Ultrasonic sensor systems for localizing objects in the vehicle environment consist of several individual arranged distributed on the vehicle
- Ultrasonic transducers perform both the function of the ultrasonic transmitter and that of the ultrasonic receiver. They are realized as so-called bending transducer elements. The design of the
- Biewandler be carried out in the way that the used for generating and detecting the ultrasonic signal vibration mode of
- Center frequency of the ultrasound system corresponds.
- Relative speed can be determined within the frequency bandwidth of the transducer elements. This frequency bandwidth can be increased by attenuation measures. However, this reduces the sensitivity of the overall system. With such ultrasound systems can be a runtime measurement
- the document EP 1231 481 A2 discloses an ultrasonic multi-sensor array for
- Parking aids described which includes transmitting and receiving units.
- Vehicle having at least one transmitting element and at least one of the at least one transmitting element functionally separate receiving element.
- the transmitting element and the receiving element are designed as a thickness oscillator. Due to the functional separation of the transmitting and the receiving element is a different interconnection of the two
- Receiving elements particularly easy to implement.
- the sensor system of a vehicle for localizing objects that are located in the vicinity of the vehicle has at least one transmitting element, wherein the at least one transmitting element has a bandwidth with a
- the sensor element has a receiving element functionally separated from the at least one transmitting element, wherein the at least one receiving element has a bandwidth with a center frequency and is configured to receive ultrasonic signals which are reflected at the objects surrounding the vehicle.
- the bandwidth of the receiving element is greater than the bandwidth of the transmitting element.
- Receiving elements is present.
- the used Frequency bands independently of each other to the transmit or
- Reception function are optimized, which is not possible with a single sensor element that works in the transmit and receive mode.
- the transmission frequency of the at least one transmission element can be equal to the center frequency of the bandwidth of the at least one reception element or, in an advantageous embodiment, differ therefrom by a specific frequency amount, in particular by at least 500 Hz.
- An advantage of the difference of at least 500 Hz between the transmission frequency of the transmitting element and the center frequency of the receiving element is that the sensitivity of the receiving system in a relative movement of the vehicle to surrounding objects improves, since the shift of the transmission frequency resulting from the Doppler shift received signal in the optimum frequency range of Received elements transferred.
- Transmitting element a difference to the center frequency of the bandwidth of the at least one receiving element in the range of 500 Hz - 20 kHz.
- the transmission frequency of the at least one transmission element corresponds to the resonance frequency of the at least one
- the advantage here is that the range of the system is increased. It is also advantageous that the transmitting element is radiated with high quality and thus with an increased sound pressure. This results in an energy-efficient operation.
- Transmitting element smaller than the center frequency of the bandwidth of the at least one receiving element is that the objects that move to the vehicle can be better evaluated by the sensor system.
- the advantage here is that the objects that are removed from the vehicle can be better evaluated by the sensor system.
- the at least one receiving element has a relative bandwidth of more than 10.
- the at least one receiving element is a
- the transmitting element is a bending oscillator.
- Figure la a sensor arrangement with a transmitting element and a plurality
- Receiving elements wherein the receiving elements are arranged in an array
- FIG. 1b shows a sensor arrangement with two transmitting elements and several
- FIG. 1c shows a sensor arrangement with a transmitting element and a plurality of receiving elements, wherein the receiving elements are arranged in an array and the transmitting element is located within the array,
- FIG. 2b shows frequency responses of the transmitting element
- FIG. 1 a shows a sensor arrangement 1 for detecting the surroundings of a vehicle with a transmitting element 2 and a plurality of receiving elements 3
- Receiving elements 3 are arranged geometrically in an array 4. Both the transmitting element 2 and the receiving elements 3 are located on the same carrier structure 5.
- the sensor arrangement 1 is not limited to a transmitting element 2.
- a further sensor arrangement for detecting the surroundings of a vehicle comprises two transmitting elements 2, which are arranged with a vertical offset from each other on a line and have different geometric dimensions. Furthermore, the two transmitting elements 2, which are arranged with a vertical offset from each other on a line and have different geometric dimensions. Furthermore, the two transmitting elements 2, which are arranged with a vertical offset from each other on a line and have different geometric dimensions. Furthermore, the two transmitting elements 2, which are arranged with a vertical offset from each other on a line and have different geometric dimensions. Furthermore, the
- the two transmitting elements 2 may have a horizontal offset from each other.
- a plurality of transmitting elements 2 may be present, which are arranged horizontally and vertically offset from each other.
- the transmitting elements 2 are located on a carrier structure 7 and the array 4 on another carrier structure 6. In an embodiment not shown, the transmitting elements 2 and the array 4 are located on a common carrier structure.
- FIG. 1c shows a further sensor arrangement for detecting the surroundings of a
- Vehicle with a transmitting element 2 and a plurality of receiving elements 3.
- the receiving elements 3 are arranged geometrically in an array 4 and the transmitting element 2 is located within the array 4.
- the transmitting element 2 is arranged centrally in the middle and of several in the example shown
- the transmitting element 2 can also be located outside the center of the array 4. In both cases, the transmitting element 2 and the receiving elements 3 are on the same carrier plate.
- This sensor arrangement can also have a plurality of transmitting elements 2.
- the transmitting element 2 is realized as a bending transducer.
- the bending transducer comprises a metal diaphragm which is clamped on the short sides of the metal diaphragm.
- a piezoelectric element is attached, for example, a piezoceramic.
- a so-called bending mode is excited in the transmitting element 2. In this bending mode is the
- the bending transducer element has a
- the thickness of the metal membrane is less than one millimeter.
- the piezoceramic likewise has a thickness of less than one millimeter.
- the receiving elements are realized as a thickness oscillator.
- the thickness oscillators are based on thin-film film transducers. These are single-layer or multi-layered transducers made of polymer films, for example polyvinylidene fluoride (PVDF), or foamed or otherwise provided with cavities structures, for example
- PVDF polyvinylidene fluoride
- Polypropylene with metallized electrodes.
- the operating principle is based on this either on a piezoelectric behavior of the polymer layers, since they can adopt a piezoelectric behavior by the introduction of electrical charges or on an electrostatic principle in which the polymer layers act only as electret or spacers between two electrode surfaces.
- Electrodes of the film transducers are excited in the receiving elements a mode that changes the thickness of the polymer layer.
- the thickness of the individual polymer layers is a few microns, substantially 150 ⁇ .
- the sensor arrangement according to the invention is used essentially for determining the distance and the relative speed of an object in the surroundings of a vehicle. With the aid of the sensor arrangement, the position of the object can additionally be determined. Of particular importance are objects that move towards the vehicle, as these represent a potential danger for a collision with the vehicle.
- the sensor arrangement is not only used in the automotive environment, but also in autonomous systems such as robots or work machines, such as forklifts.
- FIG. 2a shows the frequency characteristics of the transmitting element and of the receiving elements.
- the frequency f0 describes both the center frequency of the receiving elements and the center frequency of the transmitting element, since the center frequencies have the same value for explanatory purposes.
- the center frequency f0 is explained on the basis of the reception elements.
- the center frequency f0 is the geometric mean between the lower and the upper limit frequency of the frequency band 8 in which the receiving elements can receive an ultrasonic signal.
- Receive elements results from a difference of the upper and lower cutoff frequency.
- the absolute bandwidth of the receiving elements of the sensor arrangement is application-dependent greater than the absolute bandwidth of the transmitting element of the sensor arrangement.
- the reason for this is that the transmitting element is essentially is operated with a transmission frequency fl, which corresponds to its resonant frequency and thus the total transmission power is distributed to a narrow frequency band 9.
- the sensor arrangement has a high transmission power.
- the receiving elements of the sensor arrangement are passive in one embodiment, ie they receive signals in a frequency band 8. In another
- the receiving elements are active, d. H. it arrives
- the reception elements have a broadband character in principle.
- FIG. 2b shows the frequency characteristics of the transmitting element and of the
- Receiving elements as used to determine the relative speed of an object according to the invention in the environment of a vehicle are of particular importance.
- the relative velocity of the object is determined by means of the Doppler shift. Due to the fact that vehicle and object move towards each other, it comes through the
- the transmission frequency is fl of
- Transmitting element preferably below the center frequency fO of
- Receiving elements so that the shift of the frequency of the received signal in the frequency band 8 of the receiving elements is located.
- the transmission frequency fl has a difference to this center frequency f0 of up to half of this center frequency f0, in the present example 25 kHz, so that the transmission frequency is still in the frequency band of the receiving element.
- the difference comprises a range of 1-20 kHz.
- the transmission frequency has a difference to this center frequency f0 of more than half of this center frequency f0, in the present example more than 25 kHz, so that the transmission frequency fl is outside the frequency band of the receiving element.
- Receiving elements is shifted and is not already outside of the frequency band of the receiving elements by the shift, as it would be the case if the transmission frequency fl would be greater.
- the transmission frequency fl is greater than that
- Center frequency f0 By shifting the transmit frequency to higher frequencies, objects moving away from the vehicle may move away from the vehicle
- Sensor system 1 are detected, because the frequency of the received signal is shifted due to the Doppler effect to lower frequencies. This is especially important in autonomous systems such as robots, since in addition to the approaching and the distant objects to be detected.
- two transmit elements are present.
- a transmitting element has a transmitting frequency fl within the frequency band of the center frequency f0 of the receiving array and the other transmitting element has a transmitting frequency fl outside the frequency band of the center frequency f0 of the receiving array.
- the transmission signals are
- the receive array has a relative bandwidth of more than 10%.
- the relative bandwidth results from the
Abstract
Sensorsystem eines Fahrzeugs zur Lokalisierung von Objekten, die sich in der Umgebung des Fahrzeugs befinden, mit wenigstens einem Sendeelement, wobei das wenigstens eine Sendeelement eine Bandbreite mit einer Sendefrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale mit der Sendefrequenz auszusenden, und - einem von dem wenigstens einen Sendeelement funktional getrenntem Empfangselement, wobei das wenigstens eine Empfangselement eine Bandbreite mit einer Mittenfrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale zu empfangen, die an den das Fahrzeug umgebenden Objekten reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des Empfangselements größer als die Bandbreite des Sendeelements ist.
Description
Beschreibung
Schallwandler-Arrav mit breitbandigen Empfangselementen
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem eines Fahrzeugs zur Lokalisierung von Objekten mit wenigstens einem Sendeelement und wenigstens einem
Empfangselement, wobei Empfangselement und Sendeelement funktional voneinander getrennt sind.
Stand der Technik
Ultraschallsensorsysteme zur Lokalisierung von Objekten im Fahrzeugumfeld bestehen aus mehreren einzelnen am Fahrzeug verteilt angeordneten
Ultraschallwandlern. Diese Ultraschallwandler übernehmen sowohl die Funktion des Ultraschallsenders als auch die des Ultraschallempfängers. Sie sind als sogenannte Biegewandlerelemente realisiert. Das Design der
Biegewandlerelemente erfolgt auf die Art und Weise, dass die zur Erzeugung und Detektion des Ultraschallsignals genutzte Schwingungsmode der
Mittenfrequenz des Ultraschallsystems entspricht. Eine Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenen Ultraschallsignal, wie sie durch eine Relativbewegung zwischen dem Sensorsystem und dem reflektierenden Objekt aufgrund des Dopplereffekts entsteht, kann nur bis zu einer begrenzten
Relativgeschwindigkeit innerhalb der Frequenzbandbreite der Wandlerelemente ermittelt werden. Diese Frequenzbandbreite kann durch Dämpfungsmaßnahmen erhöht werden. Das reduziert allerdings die Empfindlichkeit des Gesamtsystems. Mit solchen Ultraschallsystemen kann über eine Laufzeitmessung eine
Abstandsermittlung von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs erfolgen. Eine Erweiterung der Funktionalität ergibt sich beim Einsatz der sogenannten Array- Technologie. Hier sind mehrere Ultraschallwandlerelemente im Verbund angeordnet und ermöglichen über die Berücksichtigung unterschiedlicher
Phasenlagen der Empfangssignale an den einzelnen Elementen auch die Bestimmung der Richtungsinformation von Objekten.
In der Schrift EP 1231 481 A2 ist ein Ultraschallmultisensor-Array für
Einparkhilfen beschrieben, das Sende- und Empfangseinheiten umfasst. Dabei werden die Trägersignale für die einzelnen, zeitgleich betriebenen
Sendeeinheiten unterschiedlich frequenzmoduliert und mit weiteren Mitteln durch die Empfangseinheit decodiert.
Aus der Schrift DE 10 2011 077 352 AI ist eine Sensoranordnung für ein
Fahrzeug bekannt, die zumindest ein Sendeelement und wenigstens ein von dem zumindest einen Sendeelement funktional getrenntes Empfangselement aufweist. Insbesondere sind das Sendeelement und das Empfangselement als Dickenschwinger ausgelegt. Durch die funktionale Trennung des Sende- und des Empfangselementes ist eine unterschiedliche Verschaltung der beiden
Empfangselemente besonders einfach zu realisieren.
Offenbarung der Erfindung
Das Sensorsystem eines Fahrzeugs zur Lokalisierung von Objekten, die sich in der Umgebung des Fahrzeugs befinden, weist wenigstens ein Sendeelement auf, wobei das wenigstens eine Sendeelement eine Bandbreite mit einer
Sendefrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale mit der Sendefrequenz auszusenden. Desweiteren weist das Sensorelement ein von dem wenigstens einen Sendeelement funktional getrenntes Empfangselement auf, wobei das wenigstens eine Empfangselement eine Bandbreite mit einer Mittenfrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale zu empfangen, die an den das Fahrzeug umgebenden Objekten reflektiert werden. Erfindungsgemäß ist die Bandbreite des Empfangselements größer als die Bandbreite des Sendeelements.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist, dass das Sendelement und das Empfangselement funktional voneinander getrennt sind und somit eine optimale schwingungsmechanische Auslegung des Sende- und
Empfangselements vorliegt. Insbesondere können die genutzten
Frequenzbandbreiten unabhängig voneinander auf die Sende- bzw.
Empfangsfunktion hin optimiert werden, was bei einem einzigen Sensorelement, das im Sende- und Empfangsbetrieb arbeitet nicht möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements gleich der Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements sein oder sich in einer vorteilhaften Ausführungsform von dieser um einen bestimmten Frequenzbetrag unterscheiden, insbesondere um mindestens 500 Hz.
Vorteilhaft an dem Unterschied von mindestens 500 Hz zwischen Sendefrequenz des Sendeelements und Mittenfrequenz des Empfangselementes ist, dass sich die Empfindlichkeit des Empfangssystems bei einer Relativbewegung des Fahrzeuges zu umgebenden Objekten verbessert, da die Verschiebung der Sendefrequenz das durch die Dopplerverschiebung entstehende Empfangssignal in den optimalen Frequenzbereich des Empfangselements transferiert.
In einer Weiterbildung weist die Sendefrequenz des wenigstens einen
Sendelements eine Differenz zur Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements im Bereich von 500 Hz - 20 kHz auf.
In einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements der Resonanzfrequenz des wenigstens einen
Sendeelements.
Der Vorteil hierbei ist, dass die Reichweite des Systems erhöht wird. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass das Sendeelement mit hoher Güte und damit mit einem erhöhten Schalldruck abgestrahlt wird. Somit ergibt sich ein energieeffizienter Betrieb.
In einer Weiterbildung ist die Sendefrequenz des wenigstens einen
Sendeelements kleiner als die Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Objekte, die sich auf das Fahrzeug zubewegen vom Sensorsystem besser ausgewertet werden können.
In einer Weiterbildung ist die Sendefrequenz des wenigstens einen
Sendeelements größer als die Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Objekte, die sich vom Fahrzeug entfernen vom Sensorsystem besser ausgewertet werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine Empfangselement eine relative Bandbreite von mehr als 10 auf.
In einer Weiterbildung ist das wenigstens eine Empfangselement ein
Dickenschwinger.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Sendeelement ein Biegeschwinger.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen und den beschriebenen Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Figur la eine Sensoranordnung mit einem Sendelement und mehreren
Empfangselementen, wobei die Empfangselemente in einem Array angeordnet sind,
Figur lb eine Sensoranordnung mit zwei Sendeelementen und mehreren
Empfangselementen, wobei die Empfangselemente in einem Array angeordnet sind,
Figur lc eine Sensoranordnung mit einem Sendeelement und mehreren Empfangselementen, wobei die Empfangselemente in einem Array angeordnet sind und sich das Sendeelement innerhalb des Arrays befindet,
Figur 2a Frequenzverläufe des Sendeelements und der
Empfangselemente zur Erläuterung von Begrifflichkeiten und
Figur 2b Frequenzverläufe des Sendeelements und der
Empfangselemente bei Verwendung der Sensoranwendu Umfelderfassung eines Fahrzeugs.
Figur la zeigt eine Sensoranordnung 1 zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs mit einem Sendelement 2 und mehreren Empfangselementen 3. Die
Empfangselemente 3 sind geometrisch in einem Array 4 angeordnet. Sowohl das Sendeelement 2, als auch die Empfangselemente 3 befinden sich auf derselben Trägerstruktur 5. Die Sensoranordnung 1 ist dabei nicht auf ein Sendeelement 2 beschränkt.
In Figur lb ist eine weitere Sensoranordnung zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs gezeigt. Sie umfasst zwei Sendeelemente 2, die mit einem vertikalen Versatz zueinander auf einer Linie angeordnet sind und unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweisen. Des Weiteren weist die
Sensoranordnung ein Array 4 mit mehreren Empfangselementen 3 auf.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können die beiden Sendeelemente 2 einen horizontalen Versatz zueinander aufweisen.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können mehrere Sendeelemente 2 vorhanden sein, die horizontal und vertikal zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Sendeelemente 2 befinden sich auf einer Trägerstruktur 7 und das Array 4 auf einer anderen Trägerstruktur 6.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Sendeelemente 2 und das Array 4 auf einer gemeinsamen Trägerstruktur.
Figur lc zeigt eine weitere Sensoranordnung zur Umfelderfassung eines
Fahrzeugs mit einem Sendeelement 2 und mehreren Empfangselementen 3. Die Empfangselemente 3 sind geometrisch in einem Array 4 angeordnet und das Sendeelement 2 befindet sich innerhalb des Arrays 4. Das Sendeelement 2 ist im gezeigten Beispiel zentral in der Mitte angeordnet und von mehreren
Empfangselementen umgeben. Das Sendeelement 2 kann sich aber auch außerhalb der Mitte des Arrays 4 befinden. In beiden Fällen befinden sich das Sendeelement 2 und die Empfangselemente 3 auf derselben Trägerplatte. Diese Sensoranordnung kann auch mehrere Sendeelemente 2 aufweisen.
Als Trägerstruktur können entweder feste oder flexible Trägerplatten verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Sendeelement 2 als Biegewandler realisiert. Der Biegewandler umfasst eine Metallmembran, die an den kurzen Seiten der Metallmembran eingespannt ist. Unterhalb der Membran ist ein piezoelektrisches Element angebracht, beispielsweise eine Piezokeramik. Beim Anlegen einer Wechselspannung an die Piezokeramik wird im Sendeelement 2 ein sogenannter Biegemode angeregt. In diesem Biegemode wird das
Sendeelement 2 senkrecht zu seiner Einspannung ausgelenkt.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Biegewandlerelement eine
Querabmessung von einigen Millimetern auf. Die Dicke der Metallmembran ist kleiner als ein Millimeter. Die Piezokeramik weist ebenfalls eine Dicke kleiner als einen Millimeter auf.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Empfangselemente als Dickenschwinger realisiert. Die Dickenschwinger basieren auf dünnschichtigen Folienwandlern. Es handelt sich dabei um ein- oder mehrschichtige Wandler aus Polymerfolien, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), oder auch geschäumte oder anderweitig mit Hohlräumen versehene Strukturen, beispielsweise aus
Polypropylen, mit metallisierten Elektroden. Das Funktionsprinzip basiert dabei
entweder auf einem piezoelektrischen Verhalten der Polymerschichten, da diese durch das Einbringen elektrischer Ladungen ein piezoelektrisches Verhalten annehmen können oder auf einem elektrostatischen Prinzip, bei dem die Polymerschichten lediglich als Elektret bzw. Abstandshalter zwischen zwei Elektrodenflächen wirken. Beim Anlegen einer Wechselspannung an die
Elektroden der Folienwandler wird in den Empfangselementen ein Mode angeregt, der die Dicke der Polymerschicht verändert.
In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der einzelnen Polymerschichten einige Mikrometer, im Wesentlichen 150 μηι.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung wird im Wesentlichen zur Bestimmung des Abstandes und der Relativgeschwindigkeit eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs verwendet. Mit Hilfe der Sensoranordnung kann zusätzlich die Position des Objekts bestimmt werden. Von besonderer Bedeutung sind dabei Objekte, die sich auf das Fahrzeug zubewegen, da diese eine potentielle Gefahr für eine Kollision mit dem Fahrzeug darstellen. Die Sensoranordnung findet nicht nur Anwendung im automobilen Umfeld, sondern auch in autonomen Systemen wie Robotern oder Arbeitsmaschinen, beispielsweise Gabelstapler.
Zur Erläuterung der im Folgenden verwendeten Begrifflichkeiten zeigt Figur 2a die Frequenzverläufe des Sendeelements und der Empfangselemente. Die Frequenz fO beschreibt dabei in diesem Beispiel sowohl die Mittenfrequenz der Empfangselemente als auch die Mittenfrequenz des Sendeelements, da die Mittenfrequenzen zu Erläuterungszwecken den gleichen Wert aufweisen. Im Weiteren wird die Mittenfrequenz fO anhand der Empfangselemente erläutert. Die Mittenfrequenz fO ist das geometrische Mittel zwischen der unteren und der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbandes 8 in dem die Empfangselemente ein Ultraschallsignal empfangen können. Die absolute Bandbreite der
Empfangselemente ergibt sich aus einer Differenz der oberen und der unteren Grenzfrequenz.
Die absolute Bandbreite der Empfangselemente der Sensoranordnung ist anwendungsbedingt größer als die absolute Bandbreite des Sendeelements der Sensoranordnung. Der Grund dafür ist, dass das Sendeelement im Wesentlichen
mit einer Sendefrequenz fl betrieben wird, die seiner Resonanzfrequenz entspricht und somit die gesamte Sendeleistung auf ein schmales Frequenzband 9 verteilt ist. Dadurch weist die Sensoranordnung eine hohe Sendeleistung auf. Die Empfangselemente der Sensoranordnung sind in einem Ausführungsbeispiel passiv, d. h. sie empfangen Signale in einem Frequenzband 8. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel sind die Empfangselemente aktiv, d. h. es findet ein
Frequenzsweep in einem Frequenzband 8 statt und sobald ein Empfangssignal auftritt, das einer Frequenz aus dem Frequenzsweep entspricht, ergibt sich eine Schwingung, die erfasst wird. Die Empfangselemente weisen prinzipbedingt einen breitbandigen Charakter auf.
Figur 2b zeigt die Frequenzverläufe des Sendeelements und der
Empfangselemente wie sie zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit eines Objekts gemäß der Erfindung in der Umgebung eines Fahrzeugs verwendet werden. Wie bereits erwähnt, sind die Objekte von besonderer Bedeutung, die sich auf das Fahrzeug zubewegen. Die Relativgeschwindigkeit des Objekts wird mit Hilfe der Dopplerverschiebung bestimmt. Aufgrund der Tatsache, dass sich Fahrzeug und Objekt aufeinander zubewegen, kommt es durch den
Dopplereffekt zu einer Verschiebung der Frequenz des Empfangssignals zu höheren Frequenzen. Daher befindet sich die Sendefrequenz fl des
Sendeelements vorzugsweise unterhalb der Mittenfrequenz fO der
Empfangselemente, damit die Verschiebung der Frequenz des Empfangssignals im Frequenzband 8 der Empfangselemente liegt. Je höher die Differenz zwischen Sendefrequenz fl des Sendeelements und Mittenfrequenz fO der Empfangselemente, desto höhere Relativgeschwindigkeiten können ermittelt werden.
In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenfrequenz fO des
Empfangselements ungefähr 50 kHz. In einem Ausführungsbeispiel weist die Sendefrequenz fl eine Differenz zu dieser Mittenfrequenz fO von bis zur Hälfte dieser Mittenfrequenz fO auf, im vorliegenden Beispiel 25 kHz, sodass sich die Sendefrequenz noch im Frequenzband des Empfangselements befindet.
Vorzugsweise umfasst die Differenz einen Bereich von 1 - 20 kHz.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Sendefrequenz eine Differenz zu dieser Mittenfrequenz fO von mehr als der Hälfte dieser Mittenfrequenz fO auf, im vorliegenden Beispiel mehr als 25 kHz, sodass sich die Sendefrequenz fl außerhalb des Frequenzband des Empfangselements befindet. Dadurch können höhere Relativgeschwindigkeiten gemessen werden, da das Empfangssignal durch die Dopplerverschiebung in den optimalen Frequenzbereich der
Empfangselemente verschoben wird und sich durch die Verschiebung nicht schon außerhalb des Frequenzbandes der Empfangselemente befindet, wie es der Fall wäre, wenn die Sendefrequenz fl größer wäre.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Sendefrequenz fl größer als die
Mittenfrequenz fO. Durch die Verschiebung der Sendefrequenz zu höheren Frequenzen, können Objekte, die sich vom Fahrzeug wegbewegen vom
Sensorsystem 1 besser erfasst werden, denn die Frequenz des Empfangssignals wird aufgrund des Dopplereffekts zu tieferen Frequenzen verschoben. Dies ist vor allem bei autonomen Systemen wie beispielsweise bei Robotern wichtig, da neben den sich annähernden auch die sich entfernenden Objekte erfasst werden sollen.
In einem Ausführungsbeispiel sind zwei Sendeelemente vorhanden. Die
Bandbreite der Sendeelemente und die Bandbreite der Empfangselemente sind aufeinander abgestimmt. Ein Sendeelement weist eine Sendefrequenz fl innerhalb des Frequenzbands der Mittenfrequenz fO des Empfangsarrays auf und das andere Sendeelement eine Sendefrequenz fl außerhalb des Frequenzbands der Mittenfrequenz fO des Empfangsarrays. Die Sendesignale sind
beispielsweise frequenzmoduliert oder pulsmoduliert. Auf diese Weise können verschiedene Relativgeschwindigkeiten verschiedener Objekte gleichzeitig erfasst werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Empfangsarray eine relative Bandbreite von mehr als 10% auf. Die relative Bandbreite ergibt sich dabei aus dem
Verhältnis der Bandbreite zur Mittenfrequenz fO.
Claims
1. Sensorsystem (1) eines Fahrzeugs zur Lokalisierung von Objekten, die sich in der Umgebung des Fahrzeugs befinden, mit wenigstens einem Sendeelement (2), wobei das wenigstens eine
Sendeelement (2) eine Bandbreite mit einer Sendefrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale mit der Sendefrequenz auszusenden, und
- einem von dem wenigstens einen Sendeelement (2) funktional
getrenntem Empfangselement (3), wobei das wenigstens eine
Empfangselement (3) eine Bandbreite mit einer Mittenfrequenz aufweist und dazu ausgestaltet ist, Ultraschallsignale zu empfangen, die an den das
Fahrzeug umgebenden Objekten reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des Empfangselements größer als die Bandbreite des
Sendeelements ist.
2. Sensorsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) von der Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements (3) um mindestens 500 Hz unterscheidet.
3. Sensorsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) eine Differenz von bis zu 20 kHz, insbesondere 1kHz, 2 kHz, 3 kHz, 5 kHz, 10 kHz oder 15 kHz, zur Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen Empfangselements (3) aufweist.
4. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) der Resonanzfrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) entspricht.
5. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) kleiner als die Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen
Empfangselements (3) ist.
6. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz des wenigstens einen Sendeelements (2) größer als die Mittenfrequenz der Bandbreite des wenigstens einen
Empfangselements (3) ist.
7. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Empfangselement (3) eine relative Bandbreite von mehr als 10 aufweist.
8. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Empfangselement (3) ein
Dickenschwinger ist.
9. Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sendeelement (2) ein
Biegeschwinger ist.
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