WO2018158063A1 - Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit unterschiedlicher Anregung einer Membran, Ultraschallsensorvorrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit unterschiedlicher Anregung einer Membran, Ultraschallsensorvorrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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ultrasonic
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ultrasonic sensor
membrane
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Heinrich Gotzig
Frederic Boyron
Bernd Gnugesser
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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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

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Ultrasonic sensor device for a motor vehicle in which for emitting a first ultrasonic signal, a membrane of a first ultrasonic sensor is excited and for emitting a second ultrasonic signal, the membrane of a second ultrasonic sensor is excited, wherein the membrane of the first ultrasonic sensor and the membrane of the second ultrasonic sensor have the same resonant frequency.
  • the present invention relates to an ultrasonic sensor device for a motor vehicle. Furthermore, the present invention relates to a driver assistance system of such an ultrasonic sensor device. Finally, the present invention relates to a motor vehicle with such a driver assistance system.
  • Such ultrasonic sensor devices can be used, for example, to detect an object in a surrounding area of the motor vehicle.
  • Such an ultrasound sensor device usually comprises a plurality of ultrasound sensors with which a distance to the object can be determined in each case.
  • the ultrasonic sensors comprise a membrane which is designed to transmit the ultrasonic signal with a corresponding transducer element to mechanical
  • Vibrations is stimulated.
  • the ultrasound signal is then reflected by the object and again impinges on the membrane of the ultrasound sensor.
  • the membrane is excited to mechanical vibrations.
  • These mechanical vibrations can be detected with the transducer element and provided in the form of a raw signal, for example an electrical voltage.
  • This raw signal can then be processed accordingly with a sensor electronics of the ultrasonic sensor and transmitted to a control unit.
  • Ultrasonic sensor devices or driver assistance systems are known from the prior art, in which up to six ultrasonic sensors are arranged on a bumper of the motor vehicle. Furthermore, it is known that with the individual ultrasonic sensors successively a measurement is performed in order to avoid influencing the ultrasonic sensors with each other. Because the
  • Ultrasonic sensors do not emit the respective ultrasonic signal at the same time, a relatively long time for a measuring cycle with the
  • Ultrasonic sensors needed. In this case, it is desirable to reduce the time duration for this measurement cycle in order to be able to monitor the surrounding area of the motor vehicle faster and more reliably.
  • the respective ultrasound signals which are transmitted with the different ultrasonic sensors, are coded accordingly.
  • the ultrasonic signals can be distinguished from each other and the respective ultrasonic sensors can emit the ultrasonic signal simultaneously.
  • the coding of the ultrasonic signals it had been shown that interference with the ultrasonic sensors can occur here.
  • DE 10 2010 033 210 A1 describes a method for operating at least one ultrasound sensor of a driver assistance system in a motor vehicle, wherein an output sound signal of the ultrasound sensor is modulated according to a modulation type and this modulation a specific code word is impressed on the output sound signal.
  • a modulation type for example, the frequency shift keying or a digital phase modulation, in particular the
  • DE 10 2013 218 571 A1 describes a device for lateral surroundings detection of a motor vehicle with a plurality of identical ones
  • Environmental sensors that provide information for a parking assistance device and a door protection device.
  • This object is achieved by a method by an ultrasonic sensor device, by a driver assistance system and by a
  • Ultrasonic sensor device for a motor vehicle is preferably excited to emit a first ultrasonic signal, a membrane of a first ultrasonic sensor.
  • a membrane of a first ultrasonic sensor in order to emit a second ultrasonic signal, in particular the membrane of a second ultrasonic sensor is excited.
  • the membrane of the first ultrasonic signal in order to emit a second ultrasonic signal, in particular the membrane of a second ultrasonic sensor is excited.
  • Ultrasonic sensor and the membrane of the second ultrasonic sensor preferably has the same resonance frequency. Furthermore, it is preferably provided that the diaphragm of the first ultrasonic sensor is excited at a first frequency, which is lower than the resonance frequency, in particular by a predetermined frequency difference. Furthermore, it is provided in particular that the membrane of the second
  • Ultrasonic sensor with a second frequency which in particular to the
  • the resonance frequency can be, in particular, the mechanical (or component-specific predetermined) resonance frequency.
  • the amount of the predetermined frequency difference by which the first frequency is lower than the resonance frequency and the amount of the predetermined frequency difference by which the second frequency is higher than the resonance frequency are the same. This means in particular that at the first and the second frequency, the ultrasound signal is sent with the same energy. In other words, the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal with the same energy, and therefore in particular with the same
  • An inventive method is used to operate an ultrasonic sensor device for a motor vehicle.
  • a membrane of a first ultrasonic sensor is excited to emit a first ultrasonic signal and to emit a second ultrasonic signal
  • the membrane of a second ultrasonic sensor is excited, the membrane of the first ultrasonic sensor and the membrane of the second ultrasonic sensor having the same resonant frequency.
  • the membrane of the first ultrasonic sensor is excited to emit a first ultrasonic signal and to emit a second ultrasonic signal.
  • Ultrasonic sensor having a first frequency, which by a predetermined
  • Frequency difference is less than the resonant frequency, excited.
  • the membrane of the second ultrasonic sensor is at a second frequency, which is around the
  • predetermined frequency difference is higher than the resonance frequency is excited.
  • the method is intended to operate an ultrasonic sensor device for a motor vehicle.
  • the ultrasonic sensor device comprises the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor. It is provided in particular that the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are of identical construction. It can also be provided that the ultrasound sensor device has several
  • ultrasonic sensors With the aid of the ultrasonic sensor device, objects or obstacles in an environmental region of the motor vehicle can be detected. For this purpose, an ultrasonic signal can be emitted in each case with the ultrasonic sensors.
  • the first ultrasonic signal is emitted with the first ultrasonic sensor and the second with the second ultrasonic sensor
  • the membrane of the respective ultrasonic sensor with a corresponding transducer element, such as a piezoelectric element, excited to mechanical vibrations.
  • the transducer element can be acted upon, for example, with an excitation signal in the form of a time-varying electrical voltage.
  • the respective transmitted ultrasound signal is reflected at the object in the surrounding area of the motor vehicle and impinges again on the membrane of the ultrasound sensor.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is excited to mechanical vibrations.
  • These mechanical vibrations of the membrane can be detected with the transducer element and output in the form of the raw signal, which is provided in particular as time-variable electrical voltage.
  • the raw signal may be the (time-varying) electrical voltage which is output directly from the transducer element.
  • the membrane of the first ultrasonic sensor is excited at a first frequency and the membrane of the second ultrasonic sensor is excited at a second frequency, which differs from the first frequency.
  • the first frequency is lower than the resonance frequency of the diaphragm by the predetermined frequency difference
  • the second frequency is higher than the resonance frequency of the diaphragm by the predetermined frequency difference.
  • the membranes of the respective ultrasonic sensors are not excited with their resonance frequency, but with a frequency which is lower or higher than the resonance frequency.
  • the ultrasonic sensors are of identical construction. This also means that the Membranes of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are of identical construction. The membranes have to be taken into account
  • the membrane of the first ultrasonic sensor and the membrane of the second ultrasonic sensor are excited simultaneously. This means that the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal are transmitted at the same time.
  • the first ultrasound signal emitted by the first ultrasound sensor may be reflected by an object in the surrounding area of the motor vehicle. Following this, the first ultrasonic signal can again with the first
  • Ultrasonic sensor are received. It is also possible to carry out a so-called cross measurement, in which the first ultrasonic signal with the second
  • Ultrasonic sensor is received.
  • the second ultrasound signal which is emitted with the second ultrasound sensor, can be received both with the second ultrasound sensor and with the first ultrasound sensor. Since the first ultrasound signal and the second ultrasound signal can be discriminated from each other on receipt due to their different frequencies, the first ultrasound signal and the second ultrasound signal can be emitted at the same time.
  • a measurement cycle associated with the ultrasonic sensor device
  • the first frequency and the second frequency are determined such that an amplitude of a vibration of the diaphragm of the first ultrasonic sensor when excited at the first frequency of an amplitude of a vibration of the diaphragm of the second ultrasonic sensor when excited with the second frequency corresponds.
  • the membrane exhibits excitation with the
  • the first frequency and the second frequency are selected so that the excitation of the membrane at the first frequency and the excitation of the membrane at the second frequency results in approximately the same amplitude of oscillation. It can thus be achieved that the transmission sound level of the first ultrasonic signal corresponds approximately to the transmission sound level of the second ultrasonic signal.
  • the membrane of the first ultrasound sensor and of the second ultrasound sensor can in particular be designed in such a way that the oscillation amplitude has a symmetrical progression as a function of the frequency. Since the first frequency is less than the resonant frequency by the predetermined frequency difference and the second frequency is the predetermined frequency
  • Ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are of identical design and these are exposed during operation substantially the same temperature conditions, temperature effects affect the same extent to the membrane of the first ultrasonic sensor and the membrane of the second ultrasonic sensor.
  • the echoes of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal can be reliably compared with each other.
  • the frequency difference is determined as a function of a specific bandwidth of the ultrasound signal received by the first ultrasound sensor and / or the second ultrasound sensor.
  • the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal may have frequencies in the range of 50 kHz.
  • the first ultrasound signal and the second ultrasound signal are emitted, there are scatters and / or shifts in frequency between the emission and the reception of the respective reflected ultrasound signal. These are due to the effects of the membrane, the properties of the air and the object and / or the Doppler shift.
  • Ultrasonic signal which is reflected in the surrounding area and returned to one of the ultrasonic sensors can be determined in experiments or calculated.
  • the bandwidth of the second ultrasonic signal can be determined, which is reflected in the surrounding area and is received.
  • the frequency difference by which the first frequency and the second frequency differ from the resonance frequency can be determined so that this at least half of the bandwidth of the received first ultrasonic signal and / or the received second ultrasonic signal.
  • the frequency difference may correspond, for example, to the bandwidth of the first ultrasound signal and / or the second ultrasound signal.
  • Ultrasonic signal can be prevented.
  • the frequency difference is changed in dependence on a control signal, which is transmitted to the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor.
  • Ultrasonic sensors can be used for data transmission with a control unit of the
  • Ultrasonic sensor device to be connected. With this controller can
  • Control signals are transmitted to the first ultrasonic sensor and / or the second ultrasonic sensor.
  • a sensor electronics is present, by means of which an excitation signal for exciting the respective transducer element is provided.
  • the frequency of the excitation signal and thus the frequency difference can be influenced by which the first frequency and the second frequency differ from the resonant frequency. It can also be provided that the first frequency and the second frequency are set independently. Thus, the emission of the first ultrasonic signal and the second
  • Ultrasound signal can be varied and adapted.
  • the membrane of the first ultrasonic sensor is excited such that the first ultrasonic signal is emitted with a first coding
  • the membrane of the second ultrasonic sensor is excited in such a way that the second ultrasonic signal is transmitted with a second coding.
  • the first coding and / or the second coding can be provided by means of a frequency shift keying, by means of a phase shift keying, as a chip and / or by means of a digital modulation method.
  • a modulation method can be used for the coding also a modulation method can be used.
  • the first ultrasound signal can thus have a coding which differs from the second coding of the second ultrasound signal. In this way, the distinction between the first ultrasonic signal and the second
  • Ultrasonic signal can be improved.
  • a first transmission duration during which the first ultrasound signal is transmitted is set as a function of the first coding and / or a second transmission duration during which the second ultrasound signal is transmitted is set in dependence on the second encoding.
  • the excitation signal is applied to the membrane of the ultrasonic sensor. This can also be referred to as the send phase.
  • the respective transmission duration can be chosen so that the frequency spectrum of the respective ultrasonic signal is narrow enough.
  • the bit duration can be chosen long enough to achieve a relatively narrow spectrum. Care must also be taken to avoid discontinuities with respect to the phase in order, for example, to reduce sidelobes or artifacts in their performance.
  • appropriate pulse shaping methods can be used.
  • a raised-cosine filter can be used for phase-shift keying.
  • the frequency shift keying can be continuous or with a
  • the upstream Gaussian filter done. If chirp modulation is used, the start frequency and the end frequency of the chirp signal can be adjusted. This allows a total of a reliable coding of the first and / or the second ultrasonic signal.
  • the ultrasonic signals reflected in an ambient region of the motor vehicle are received by the ultrasonic sensors and a raw signal is output in each case with the ultrasonic sensors.
  • the Ultrasonic sensor device the first ultrasonic signal, which is reflected, for example, on an object in the surrounding area, of the first
  • the first ultrasound signal can also be received by the second ultrasound sensor.
  • the second ultrasound sensor In the same way, the second
  • An ultrasonic signal which is emitted with the second ultrasonic sensor and is reflected in the surrounding area, are received by the first ultrasonic sensor and / or the second ultrasonic sensor.
  • the ultrasound signal hits the membrane, causing it to mechanical vibrations is excited.
  • This mechanical vibration can be output with the respective transducer elements in the form of a raw signal.
  • the raw signal is, in particular, a time-varying electrical voltage. This raw signal can then be further processed accordingly to check whether the first ultrasonic signal or the second ultrasonic signal was received with the respective ultrasonic sensor.
  • Ultrasound sensors the output raw signal for detecting the received first ultrasonic signal with a first band-pass filter whose passband comprises the first frequency, filtered and for detecting the received second
  • Ultrasound signal is filtered in the respective ultrasonic sensors, the output raw signal with a second band-pass filter whose passband comprises the second frequency.
  • the first bandpass filter may have a center frequency corresponding to the first frequency and a half-width of -3 dB of a frequency difference.
  • the second bandpass filter may have a center frequency corresponding to the second frequency and a half-width of -3 dB of the frequency difference.
  • the frequency difference is determined such that it is smaller than the amount of the difference between the first frequency and the second frequency.
  • the ultrasonic signal It is thus possible to measure in parallel, i. to measure simultaneously with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor.
  • this is done in the respective (i.e., in each of)
  • Ultrasonic sensors output raw signal decoded for detecting the received first ultrasonic signal and / or the received second ultrasonic signal. If the first ultrasound signal and the second ultrasound signal have been coded accordingly, the coding can be carried out correspondingly upon receiving these ultrasound signals. In this case, a first coding or a first modulation is used for the first ultrasonic signal. For the second ultrasonic signal, a second coding or second modulation is used. For frequency shift keying, phase shift keying and / or a chip signal, different carrier frequencies may be used for the modulation. Also in this way it can be checked whether the raw signal originate from the first ultrasonic signal or the second ultrasonic signal.
  • the raw signal output in the respective ultrasonic sensors for detecting the received first ultrasonic signal is correlated with a first excitation signal and / or correlated with a second excitation signal for detecting the received second ultrasonic signal.
  • Excitation signal corresponds in particular to the signal with which the transducer element or the membrane of the first ultrasonic sensor is excited to emit the first ultrasonic signal.
  • the second excitation signal corresponds in particular to the signal with which the transducer element or the membrane of the second ultrasound sensor is excited to emit the second ultrasound signal.
  • the raw signal provided with the first ultrasonic sensor is then correlated with the first excitation signal.
  • an autocorrelation is performed.
  • cross-correlation is performed. This applies equally to the second
  • Ultrasonic sensor If used as a digital modulation method, a so-called mismatch correlation can be performed to sidelobes
  • both an autocorrelation and a cross-correlation should be carried out within the respective ultrasound sensor. This takes into account that an optimization on the autocorrelation and cross-correlation is not possible in the same way. This could be achieved, for example, by transmitting very long ultrasonic signals, which is undesirable in the operation of the ultrasonic sensors. If a relatively small bit duration is used in the coding, this requires an increase in the frequency spectrum of the coded ultrasonic signal since the bandwidth of the spectrum is inverse to the bit duration.
  • the bandwidth of the membrane is limited, this can only be used to a limited extent. If the membrane is designed such that it has a higher bandwidth, but this can lead to the transmission power or the transmission sound pressure is reduced. Present is by the Division of the membrane into the two channels, or the first frequency and the second frequency created a way to distinguish the first ultrasonic signal of the first ultrasonic sensor from the second ultrasonic signal of the second ultrasonic sensor can.
  • the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor can initially be operated in a transmission phase. During the broadcasting phase will start with the first
  • Ultrasonic sensor emitted the first ultrasonic signal with the first frequency.
  • the second ultrasound signal with the second frequency is emitted during the transmission phase with the second ultrasound sensor. It is provided in particular that the transmission phase of the first ultrasonic sensor and the transmission phase of the second ultrasonic sensor are performed simultaneously or overlapping in time. After the transmission phase, the first ultrasonic sensor and the second
  • Ultrasonic sensor operated in each case in a receiving phase. In this receiving phase, it is checked with the first ultrasonic sensor as well as with the second ultrasonic sensor, specifically in the respective ultrasonic sensor itself, whether this is the first one
  • the mixed signal is filtered with a low-pass filter, the filtered signal is correlated to detect the received first ultrasonic signal with a first signal and the filtered signal is used to detect the received second ultrasonic signal with a second signal correlated.
  • the receiving path of the respective ultrasonic sensors is checked whether the first ultrasonic signal and / or the second ultrasonic signal has been received.
  • the raw signal which is output with the transducer element of the ultrasonic sensor is evaluated.
  • the raw signal can be used, in particular, as time-variable electrical voltage be issued.
  • the raw signal can be evaluated by means of the sensor electronics or by means of an evaluation unit of the sensor electronics.
  • Evaluation unit can be provided for example by a digital signal processor (DSP).
  • DSP digital signal processor
  • the raw signal can first be sampled with an analog-to-digital converter
  • the sampled raw signal with the predetermined reference signal can be mixed with the reference frequency, in particular I / Q mixed by means of an I / Q mixer.
  • the reference frequency of the reference signal can be determined such that it lies between the first frequency of the first ultrasonic signal and the second frequency of the second ultrasonic signal.
  • the sampled signal can be in a lower
  • the predetermined reference signal may be the sine of 2 ⁇ times the reference frequency (sin (2 ⁇ f ref )) and the cosine of 2 ⁇ times the reference frequency (cos (2 ⁇ f re ).)
  • a complex signal can be obtained
  • the mixed (particularly complex) signal may then be filtered by the low pass filter, where the passband of the low pass filter may be selected to pass the first downmixed frequency and the second downmixed frequency
  • the I / Q mixer and the low-pass filter behave together like a bandpass filter, after which the filtered (in particular complex filtered) signal can be fed to a first correlator
  • the filtered (in particular complex filtered) signal is correlated with a signal having the first down-converted frequency. On the basis of the correlation can be checked whether the raw signal describes the first ultrasonic signal with the first frequency. Furthermore, the filtered (in particular complex filtered) signal can be supplied to a second correlation device, by means of which the filtered
  • the output raw signal for detecting the received first ultrasonic signal is mixed with a predetermined first reference signal having a first reference frequency, in particular I / Q mixed by means of an I / Q mixer, the mixed signal with a first low-pass filter is filtered and the filtered signal is correlated with a first signal.
  • the output raw signal is mixed with a predetermined second reference signal with a second reference frequency, in particular I / Q mixed, the mixed signal is filtered with a second low-pass filter and the filtered signal is filtered with a second one Signal correlates. Also with this
  • the raw signal can first be sampled or digitized by means of the analog-to-digital converter.
  • the sampled raw signal can be mixed with the first reference signal at the first reference frequency in order to convert it, for example, to a lower frequency band.
  • the first reference signal may be the sine of 2 ⁇ times first
  • a first complex signal comprising a first down-converted frequency and a second down-mixed frequency
  • the sampled raw signal mixed with the first reference signal in particular the first complex signal
  • the passband of the first low pass filter is selected to pass the first downconverted frequency (of the first complex signal) and to filter out the second downmixed frequency (of the first complex signal).
  • the filtered (in particular first complex filtered) signal can then a first correlator and there with the first signal, which is the first
  • the sampled raw signal can be mixed with the second reference signal at a second reference frequency, in particular I / Q mixed by means of an I / Q mixer.
  • the second reference signal differs in particular with respect to the frequency of the first reference signal.
  • the second reference signal may be the sine of 2 ⁇ by second reference frequency (sin ( 2 ⁇ f ref2 )) and the cosine of 2 ⁇ times the second reference frequency (cos (2 ⁇ f ref2 )).
  • a second complex signal can be obtained, comprising a first down-converted frequency and a second down-mixed frequency.
  • the mixed (in particular second complex) signal can be supplied to the second low-pass filter.
  • the passband of the second low pass filter is selected to filter out the first down-converted frequency (of the second complex signal) and to pass the second down-converted frequency (of the second complex signal).
  • This filtered (in particular second complex filtered) signal can then be supplied to a second correlator and correlated there with the second signal at the second downmixed frequency.
  • An inventive ultrasonic sensor device for a motor vehicle comprises a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor.
  • Ultrasonic sensor device is preferably designed to perform a method according to the invention and the advantageous embodiments thereof. It can also be provided that the ultrasonic sensor device has a plurality of first
  • Ultrasonic sensors and a plurality of second ultrasonic sensors can then be distributed, for example, arranged on the motor vehicle.
  • the first ultrasonic sensors and the second ultrasonic sensors are arranged alternately to one another.
  • An inventive driver assistance system for a motor vehicle comprises an ultrasonic sensor device according to the invention.
  • the object can be detected in the surrounding area of the motor vehicle with the aid of the driver assistance system. If it is detected that a collision with the object threatens, a corresponding warning can be issued to the driver.
  • the driver assistance system maneuvers the motor vehicle at least semi-autonomously as a function of the relative position between the motor vehicle and the object.
  • the driver assistance system can be designed as a parking aid system.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a driver assistance system according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as a passenger car. It can also be provided that the motor vehicle is designed as a commercial vehicle.
  • Embodiments and their advantages apply correspondingly to the ultrasonic sensor device according to the invention, to the driver assistance system according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle according to an embodiment of the invention, which has a driver assistance system with an ultrasonic sensor device;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an ultrasonic sensor device which has an ultrasonic sensor and a control unit;
  • FIG. and Fig. 3 is a diagram showing a vibration of the membrane of
  • Fig. 4 is a schematic representation of an evaluation of a raw signal
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the evaluation of the raw signal within one of the ultrasonic sensors according to a further embodiment.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the present invention in a plan view.
  • the motor vehicle 1 is present as a passenger car
  • the motor vehicle 1 comprises a driver assistance system 2, which serves to assist a driver when driving the motor vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 can be designed as a parking aid system, by means of which the driver when parking the motor vehicle 1 in a parking space and / or at
  • the driver assistance system 2 in turn comprises an ultrasound sensor device 3.
  • the ultrasound sensor device 3 has at least one first ultrasound sensor 4a and at least one second ultrasound sensor 4b. In the present
  • the ultrasonic sensor device 3 comprises a total of twelve
  • Ultrasonic sensors 4a, 4b There are six ultrasonic sensors 4a, 4b in one
  • Ultrasonic sensors 4a and the second ultrasonic sensors 4b arranged alternately to each other.
  • the ultrasonic sensors 4 a, 4 b can in particular be mounted on the bumper of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4a, 4b at least partially in corresponding recesses or
  • the ultrasonic sensors 4a, 4b are arranged hidden behind the bumper.
  • the ultrasonic sensors 4a, 4b can also be arranged on further trim parts of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4a, 4b may be arranged on or hidden behind the doors of the motor vehicle 1.
  • sensor signals can be provided which comprise at least one object 8 in a surrounding area 9 of the
  • Motor vehicle 1 describe.
  • an ultrasound signal can be emitted with each of the ultrasound sensors 4a, 4b. Following this, the ultrasound signal reflected by the object 8 can be received again. Based on the transit time between the emission of the ultrasound signal and the reception of the ultrasound signal reflected by the object 8, a distance between the ultrasound sensor 4a, 4b and the object 8 can then be determined. It can also be provided that the respective distances, with different
  • Ultrasonic sensors 4a, 4b are determined to be considered. Thus, by means of trilateration, the relative position between the motor vehicle 1 and the object 8 can be determined. It can also be provided that the ultrasound signal emitted by one of the ultrasound sensors 4a, 4b is connected to an adjacent one
  • Ultrasonic sensor 4a, 4b is received. This is also called cross measurement.
  • the ultrasound sensor device 3 comprises an electronic control unit 5 which is connected to the ultrasound sensors 4a, 4b for data transmission with a
  • Data line 10 (see FIG. 2) is connected. Via the data line 10, the sensor signals determined with the respective ultrasonic sensors 4a, 4b can be transmitted to the control unit 5. Based on the sensor signals, the control unit 5 can check whether the object 8 is located in the surrounding area 9 and at which position the object 8 is located in the surrounding area 9. This information can then be used by the driver assistance system 2 to provide an output to the driver of the driver
  • Driver assistance system 2 in a steering, a braking system and / or a
  • Drive motor engages to at least semi-autonomously maneuver the motor vehicle 1 in response to the at least one detected object 8.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an ultrasonic sensor device 3, which in the present example has only one ultrasonic sensor 4a, 4b.
  • Ultrasonic sensor device 3 comprises the control device 5, which is connected via the data line 10 with an ultrasonic sensor 4a, 4b. It can be seen here that the ultrasonic sensor 4a, 4b has a membrane 11, which is cup-shaped in the present case.
  • the membrane 1 1 can be made of a metal, in particular aluminum.
  • the ultrasonic sensor 4a, 4b comprises a transducer element 12, which is connected to the membrane 1 1 or a membrane bottom of the membrane 1 1.
  • the transducer element 12 may be made of a piezoelectric material. For emitting the ultrasonic signal, the transducer element 12 and thus the diaphragm 1 1 are excited to mechanical vibrations. The reflected from the object 8 ultrasonic signal again hits the membrane 1 1, which is excited by this to mechanical vibrations. As a result of these mechanical vibrations with the transducer element 12, a raw signal 15 as electrical
  • the ultrasonic sensor 4a, 4b comprises a sensor electronics 13, which is designed in particular as an application-specific integrated circuit.
  • the sensor electronics 13 is connected via corresponding connecting lines 14 with the
  • Raw signal are received, which describes the reflected ultrasonic signal. Furthermore, the sensor electronics 13 an evaluation unit 15, by means of which the received raw signal can be evaluated accordingly.
  • the sensor electronics 13 also includes a drive unit 16, by means of which the transducer element 12 can be controlled. For this purpose, an excitation signal in the form of an electrical voltage can be transmitted to the transducer element 12 with the drive unit 16.
  • the first ultrasonic sensor 4a and the second ultrasonic sensor 4b are of identical design in the present case.
  • the ultrasonic sensors 4a, 4b have the same membrane. It is provided that with the first ultrasonic sensor 4a, a first ultrasonic signal is emitted and with the second ultrasonic sensor 4b, a second ultrasonic signal is emitted.
  • the first ultrasonic signal has the first frequency and the second ultrasonic signal has the second frequency f 2 .
  • Fig. 3 shows a vibration amplitude A of the membrane 1 1 as a function of the frequency f. It can be seen that a curve 17, which the
  • Vibration amplitude A as a function of the frequency f describes is symmetrical.
  • the membrane 1 1 has at its resonance frequency f 0 a maximum with respect to
  • the first frequency f 1; with which the membrane 1 1 of the first ultrasonic sensor 4a is excited, is by a frequency difference Af less than the resonant frequency f 0 .
  • the second frequency f 2 with which the membrane 1 1 of the second ultrasonic sensor 4 b is excited, is greater than the resonance frequency f 0 by the frequency difference ⁇ f.
  • the oscillation amplitude A of the membrane 1 1 in the Excitation with the first frequency and at the excitation with the second frequency f 2 the same amplitude Ai.
  • the first ultrasonic signal is emitted with the first ultrasonic sensor 4a, this can be reflected on the object 8 in the surrounding area 9 of the motor vehicle 1. Thereafter, the first ultrasound signal can reach the first ultrasound sensor 4a and / or the second ultrasound sensor 4b. In the same way, the second ultrasonic signal, which is emitted with the second ultrasonic sensor 4b, can be received by the second ultrasonic sensor 4b and / or the first ultrasonic sensor 4a.
  • the raw signal provided with the transducer element 12 can be filtered with a bandpass. In this case, a first bandpass filter can be used, the
  • Passband includes the first frequency, and it may be a second
  • Bandpass filters are used whose passband includes the second frequency f 2 .
  • the received echo signals can be distinguished as to whether they describe the first ultrasound signal and / or the second ultrasound signal.
  • the raw signal provided is correlated.
  • an autocorrelation and a cross-correlation can be performed in order to check whether the raw signal describes the received first ultrasound signal or the received second ultrasound signal. If the ultrasound signals are coded during transmission, they can be decoded again accordingly upon receiving. This also makes it possible to make a distinction between the first ultrasound signal and the second ultrasound signal.
  • the first ultrasonic sensors 4a and the second ultrasonic sensors 4b are arranged on the bumper in such a way that they can influence one another.
  • the bandwidth of the membrane 11 is split into two channels, the first channel being provided by the first ultrasound signal at the first frequency and the second channel by the second ultrasound signal having the second frequency f 2 .
  • the first ultrasonic signal can be discriminated from the second ultrasonic signal, thereby enabling the first ultrasonic sensors 4a and the second ultrasonic sensors 4b to transmit at the same time.
  • the first ultrasound signal and / or the second ultrasound signal can be transmitted modulated or not modulated. It is important to ensure that the respective ultrasonic signal or the ultrasonic pulse remains within a defined bandwidth. For this an ad-hoc procedure can be used depending on the modulation used
  • the excitation signal corresponds, for example, to a sinusoidal voltage having a constant frequency
  • the transmission duration should be selected to achieve a relatively narrow spectrum. It is also important to avoid phase discontinuities in order to reduce sidelobes in correlation. This can also be done
  • the start frequency and the end frequency can be set.
  • a control signal to the respective ultrasonic sensor 4a, 4b or the sensor electronics 13 is transmitted.
  • adjustment in the ultrasonic sensor 4a, 4b can then be changed.
  • the transmission duration for the first and / or the second ultrasonic signal can be set.
  • Ultrasonic signal can be used in the case that no coding or modulation is used, a respective band-pass filter. If for coding
  • Demodulation can be used. Again, a corresponding bandpass filtering can be used. The use of different carrier frequencies for demodulation ensures that the signals are automatically separated from each other. If digital modulation techniques are used, the so-called mismatch correlation can be used to allow the sidelobes to autocorrelate
  • a window function can be used to minimize sidelobes.
  • Sensor electronics 13 are performed.
  • the raw signal generated by the transducer element 12 is transmitted to an analog-to-digital converter 18 and sampled or digitized accordingly.
  • the sampled raw signal is then mixed by means of a mixer 19, in particular I / Q mixer, with a predetermined reference signal having a reference frequency f ref .
  • the predetermined reference signal may have a reference frequency f ref that is between the first frequency and the second frequency f 2 .
  • the predetermined reference signal is in particular sin (2 ⁇ f ref ) and cos (2 ⁇ f ref ).
  • a complex signal can be obtained which has a first down-converted frequency
  • the mixed signal in particular the complex signal, can be filtered with a low-pass filter 20.
  • the passband of the low pass filter is selected so that the first down-mixed frequency
  • the I / Q mixer 19 and the low-pass filter 20 behave together like a bandpass filter.
  • This filtered signal, especially complex filtered signal, is then a first
  • the filtered signal in particular complex filtered signal, is correlated with a signal which down-mixes the first
  • Correlation device 21 b is the filtered signal, in particular complex filtered signal, with a second signal with the second down-mixed frequency
  • FIG. 5 shows schematically the evaluation of the raw signal within the sensor electronics 13 of one of the ultrasonic sensors 4a, 4b according to a further embodiment.
  • the raw signal is sampled with the analog-to-digital converter 18.
  • This sampled raw signal is then fed to a first mixer 19a, in particular first I / Q mixer, where it is supplied with a first reference signal having a first reference signal
  • the first IQ mixer 19a is the first one
  • a first complex signal which has a first down-converted frequency
  • the mixed signal, in particular the first complex signal, is then filtered by means of a first low-pass filter 20a.
  • the pass band of the first low-pass filter 20a is selected such that the first down-converted frequency
  • the I / Q mixer 19a and the low pass filter 20a behave together like a bandpass filter. Thereafter, the filtered signal, in particular the first complex filtered signal, down-mixed in a first correlator 21 a with a signal with the first
  • f ref i - M is correlated. This can be used to check whether the raw signal describes the first ultrasonic signal.
  • the sampled raw signal is fed to a second mixer 19b, in particular first I / Q mixer, where it is mixed with the second reference signal with a second reference frequency f ref2 .
  • This mixed signal is then filtered with a second low pass filter 20b.
  • the second reference signal is in particular sin ( 2 ⁇ f ref2 ) and cos ( 2 ⁇ f ref2 ).
  • a second complex signal can be obtained, which includes a first down-converted frequency
  • the mixed signal, in particular the second complex signal is then filtered by means of a second low-pass filter 20b.
  • the pass band of the second low-pass filter 20b is selected so that the first down-converted frequency
  • the I / Q mixer 19b and the low pass filter 20b behave together like a bandpass filter.
  • the filtered signal, in particular the second complex filtered signal is, by means of a second correlator 21 b with a signal with the second down- mixed frequency

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welchem zum Aussenden eines ersten Ultraschallsignals eine Membran (11) eines ersten Ultraschallsensors (4a) angeregt wird und zum Aussenden eines zweiten Ultraschallsignals die Membran (11) eines zweiten Ultraschallsensor (4b) angeregt wird, wobei die Membran (11) des ersten Ultraschallsensors (4a) und die Membran (11) des zweiten Ultraschallsensors (4b) die gleiche Resonanzfrequenz (f0) aufweisen, wobei die Membran (11) des ersten Ultraschallsensors (4a) mit einer ersten Frequenz (f1), welche um einen vorbestimmten Frequenzunterschied (∆f) geringer als die Resonanzfrequenz (f0) ist, angeregt wird und die Membran (11) des zweiten Ultraschallsensors mit einer zweiten Frequenz (f2), welche um den vorbestimmten Frequenzunterschied (∆f) höher als die Resonanzfrequenz (f0) ist, angeregt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit unterschiedlicher Anregung einer Membran, Ultraschallsensorvorrichtung,
Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zum Aussenden eines ersten Ultraschallsignals eine Membran eines ersten Ultraschallsensors angeregt wird und zum Aussenden eines zweiten Ultraschallsignals die Membran eines zweiten Ultraschallsensors angeregt wird, wobei die Membran des ersten Ultraschallsensors und die Membran des zweiten Ultraschallsensors die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für
Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung umfasst üblicherweise mehrere Ultraschallsensoren, mit denen jeweils ein Abstand zu dem Objekt bestimmt werden kann. Die Ultraschallsensoren umfassen eine Membran, die zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Wandlerelement zu mechanischen
Schwingungen angeregt wird. Das von dem Ultraschallsensor ausgesendete
Ultraschallsignal wird dann von dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors auf. Infolge des auftreffenden Ultraschallsignals wird die Membran zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen können mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form eines Rohsignals, beispielsweise einer elektrischen Spannung, bereitgestellt werden. Dieses Rohsignal kann dann mit einer Sensorelektronik des Ultraschallsensors entsprechend bearbeitet werden und an ein Steuergerät übertragen werden.
Aus dem Stand der Technik sind Ultraschallsensorvorrichtungen beziehungsweise Fahrerassistenzsysteme bekannt, bei denen an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs bis zu sechs Ultraschallsensoren angeordnet sind. Ferner ist es bekannt, dass mit den einzelnen Ultraschallsensoren nacheinander eine Messung durchgeführt wird, um eine Beeinflussung der Ultraschallsensoren untereinander zu vermeiden. Da die
Ultraschallsensoren das jeweilige Ultraschallsignal nicht zum gleichen Zeitpunkt aussenden, wird eine verhältnismäßig lange Zeit für einen Messzyklus mit den
Ultraschallsensoren benötigt. Hierbei ist es wünschenswert, die zeitliche Dauer für diesen Messzyklus zu reduzieren, um den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs schneller und zuverlässiger überwachen zu können.
Um diesem Nachteil zu entgegnen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die jeweiligen Ultraschallsignale, die mit den unterschiedlichen Ultraschallsensoren ausgesendet werden, entsprechend codiert werden. Somit soll es ermöglicht werden, dass die Ultraschallsignale voneinander unterschieden werden können und die jeweiligen Ultraschallsensoren das Ultraschallsignal gleichzeitig aussenden können. Auch bei der Codierung der Ultraschallsignale hatte sich gezeigt, dass es hier zu Störungen der Ultraschallsensoren untereinander kommen kann.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2010 033 210 A1 ein Verfahren zum Betreiben zumindest eines Ultraschallsensors eines Fahrerassistenzsystems in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Ausgangsschallsignal des Ultraschallsensors gemäß einer Modulationsart moduliert wird und durch diese Modulation ein spezifisches Codewort dem Ausgangsschallsignal aufgeprägt wird. Als Modulationsart kann beispielsweise die Frequenzumtastung oder eine digitale Phasenmodulation, insbesondere die
Quadraturphasenumtastung, verwendet werden.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2013 218 571 A1 eine Vorrichtung zur seitlichen Umfelderfassung eines Kraftfahrzeugs mit einer Mehrzahl von baugleichen
Umfeldsensoren, welche Informationen für eine Einparkunterstützungsvorrichtung sowie eine Türschutzeinrichtung bereitstellen. Um die Umfeldsensoren zeitgleich oder zeitlich überlappend betreiben zu können, ohne dass eine Störung durch Kreuzechoimpulse auftritt, wird vorgeschlagen, die zeitgleich betriebenen Umfeldsensoren bei Frequenzen zu betreiben, die gegeneinander verschoben sind und von denen mindestens eine der Frequenzen auch gegenüber einer Resonanzfrequenz der Umfeldsensoren verschoben ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie mit einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs sicherer und zuverlässiger erfasst werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer
Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug wird bevorzugt zum Aussenden eines ersten Ultraschallsignals eine Membran eines ersten Ultraschallsensors angeregt. Zudem wird zum Aussenden eines zweiten Ultraschallsignals insbesondere die Membran eines zweiten Ultraschallsensors angeregt. Dabei weisen die Membran des ersten
Ultraschallsensors und die Membran des zweiten Ultraschallsensors bevorzugt die gleiche Resonanzfrequenz auf. Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Membran des ersten Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz, welche insbesondere um einen vorbestimmten Frequenzunterschied geringer als die Resonanzfrequenz ist, angeregt wird. Weiterhin ist es insbesondere vorgesehen, dass die Membran des zweiten
Ultraschallsensors mit einer zweiten Frequenz, welche insbesondere um den
vorbestimmten Frequenzunterschied höher als die Resonanzfrequenz ist, angeregt wird. Die Resonanzfrequenz kann insbesondere die mechanische (bzw. bauteilbedingt vorgegebene) Resonanzfrequenz sein. Insbesondere ist der Betrag des vorbestimmten Frequenzunterschieds, um den die erste Frequenz geringer ist als die Resonanzfrequenz, und der Betrag des vorbestimmten Frequenzunterschieds, um den die zweite Frequenz höher bzw. größer ist als die Resonanzfrequenz, gleich. Dies heißt insbesondere, dass bei der ersten und der zweiten Frequenz das Ultraschallsignal mit gleicher Energie gesendet wird. Mit anderen Worten werden das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal mit gleicher Energie, und daher insbesondere auch mit gleicher
Empfindlichkeit, gesendet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird zum Aussenden eines ersten Ultraschallsignals eine Membran eines ersten Ultraschallsensors angeregt und zum Aussenden eines zweiten Ultraschallsignals wird die Membran eines zweiten Ultraschallsensors angeregt, wobei die Membran des ersten Ultraschallsensors und die Membran des zweiten Ultraschallsensors die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Dabei wird die Membran des ersten
Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz, welche um einen vorbestimmten
Frequenzunterschied geringer als die Resonanzfrequenz ist, angeregt. Die Membran des zweiten Ultraschallsensors wird mit einer zweiten Frequenz, welche um den
vorbestimmten Frequenzunterschied höher als die Resonanzfrequenz ist, angeregt.
Mithilfe des Verfahrens soll eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug betrieben werden. Die Ultraschallsensorvorrichtung umfasst den ersten Ultraschallsensor und dem zweiten Ultraschallsensor. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor baugleich ausgebildet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung mehrere
Ultraschallsensoren umfasst. Mithilfe der Ultraschallsensorvorrichtung können Objekte beziehungsweise Hindernisse in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Hierzu kann mit den Ultraschallsensoren jeweils ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Vorliegend wird mit dem ersten Ultraschallsensor das erste Ultraschallsignal ausgesendet und mit dem zweiten Ultraschallsensor das zweite
Ultraschallsignal ausgesendet. Zu diesem Zweck wird die Membran des jeweiligen Ultraschallsensors mit einem entsprechenden Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen angeregt. Hierzu kann das Wandlerelement beispielsweise mit einem Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Das jeweilige ausgesendete Ultraschallsignal wird an dem Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors auf. Dadurch wird die Membran des Ultraschallsensors zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen der Membran können mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form des Rohsignals, welches insbesondere als zeitlich veränderliche elektrische Spannung bereitgestellt wird, ausgegeben werden. Das Rohsignal kann insbesondere die (zeitlich veränderliche) elektrische Spannung sein, welche direkt von Wandlerelement ausgeben wird.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Membran des ersten Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz angeregt wird und die Membran des zweiten Ultraschallsensors mit einer zweiten Frequenz, welche sich von der ersten Frequenz unterscheidet, angeregt wird. Dabei ist die erste Frequenz um den vorbestimmten Frequenzunterschied geringer als die Resonanzfrequenz der Membran und die zweite Frequenz ist um den vorbestimmten Frequenzunterschied höher als die Resonanzfrequenz der Membran. Vorliegend werden also die Membranen der jeweiligen Ultraschallsensoren nicht mit ihrer Resonanzfrequenz angeregt, sondern mit einer Frequenz die geringer oder höher als die Resonanzfrequenz ist. Wie bereits erläutert, sind die Ultraschallsensoren baugleich ausgebildet. Dies bedeutet auch, dass die Membranen des ersten Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors baugleich ausgebildet sind. Die Membranen weisen unter Berücksichtigung von
fertigungstechnischen Toleranzen die gleiche Resonanzfrequenz auf. Dadurch, dass die Membran des ersten Ultraschallsensors mit der ersten Frequenz angeregt wird und die Membran des zweiten Ultraschallsensors mit der zweiten Frequenz angeregt wird, können diese Ultraschallsignale beim nachfolgenden empfangen voneinander unterschieden werden. Somit ist es insbesondere nicht erforderlich, verschiedene Ultraschallsensoren zu verwenden, deren Membranen unterschiedliche
Resonanzfrequenz aufweisen. Damit kann auf einfache und kostengünstige Weise erreicht werden, dass die Signale des ersten und des zweiten Ultraschallsensors voneinander unterschieden werden können. Dies eignet sich insbesondere, wenn der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor nebeneinander an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet werden sollen und somit eine gegenseitige Beeinflussung vorliegen kann.
In einer Ausführungsform werden die Membran des ersten Ultraschallsensors und die Membran des zweiten Ultraschallsensors gleichzeitig angeregt. Dies bedeutet, dass das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal zeitgleich ausgesendet werden. Das erste Ultraschallsignal, das mit dem ersten Ultraschallsensor ausgesendet wird, kann von einem Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektiert werden. Im Anschluss daran kann das erste Ultraschallsignal wieder mit dem ersten
Ultraschallsensor empfangen werden. Es kann auch eine sogenannte Kreuzmessung durchgeführt werden, bei welcher das erste Ultraschallsignal mit dem zweiten
Ultraschallsensor empfangen wird. In gleicher Weise kann das zweite Ultraschallsignal, welches mit dem zweiten Ultraschallsensor ausgesendet wird, sowohl mit dem zweiten Ultraschallsensor als auch mit dem ersten Ultraschallsensor empfangen werden. Da das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal aufgrund ihrer verschiedenen Frequenzen beim Empfangen voneinander unterschieden werden können, kann das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal zeitgleich ausgesendet werden. Somit kann beispielsweise ein Messzyklus, der mit der Ultraschallsensorvorrichtung
durchgeführt wird, innerhalb einer kürzeren Zeit erfolgen. Diese ermöglicht eine zuverlässige Überwachung des Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform werden die erste Frequenz und die zweite Frequenz derart bestimmt, dass eine Amplitude einer Schwingung der Membran des ersten Ultraschallsensors bei der Anregung mit der ersten Frequenz einer Amplitude einer Schwingung der Membran des zweiten Ultraschallsensors bei der Anregung mit der zweiten Frequenz entspricht. Die Membran weist bei der Anregung mit der
Resonanzfrequenz bezüglich der Schwingungsamplitude ein Maximum auf. Dabei sind die erste Frequenz und die zweite Frequenz so gewählt, dass sich bei der Anregung der Membran mit der ersten Frequenz und bei der Anregung der Membran mit der zweiten Frequenz in etwa die gleiche Schwingungsamplitude ergibt. Damit kann erreicht werden, dass der Sendeschallpegel des ersten Ultraschallsignals in etwa dem Sendeschallpegel des zweiten Ultraschallsignals entspricht. Die Membran des ersten Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors können insbesondere so ausgebildet sein, dass die Schwingungsamplitude in Abhängigkeit von der Frequenz einen symmetrischen Verlauf aufweist. Da die erste Frequenz um den vorbestimmten Frequenzunterschied geringer als die Resonanzfrequenz ist und die zweite Frequenz um den vorbestimmten
Frequenzunterschied höher als die Resonanzfrequenz ist, kann somit erreicht werden, dass die Schwingungsamplitude der Membran bei der Anregung mit der erste Frequenz und mit der zweiten Frequenz in etwa gleich sind. Da die Membranen des ersten
Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors baugleich ausgebildet sind und diese während des Betriebs im Wesentlichen den gleichen Temperaturbedingungen ausgesetzt sind, wirken sich Temperatureinflüsse in gleichem Maße auf die Membran des ersten Ultraschallsensors und die Membran des zweiten Ultraschallsensors aus. Somit können die Echos des ersten Ultraschallsignals und des zweitens Ultraschallsignals auf zuverlässige Weise miteinander verglichen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Frequenzunterschied in Abhängigkeit von einer bestimmten Bandbreite des mit dem ersten Ultraschallsensor und/oder zweiten Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals bestimmt. Das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal können Frequenzen im Bereich von 50 kHz aufweisen. Wenn das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal ausgesendet werden, ergeben sich zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des jeweiligen reflektierten Ultraschallsignals Streuungen und/oder Verschiebungen bezüglich der Frequenz. Diese sind durch die Einflüsse der Membran, die Eigenschaften der Luft sowie des Objekts und/oder die Doppler- Verschiebung begründet. Die Bandbreite des ersten
Ultraschallsignals, welches in dem Umgebungsbereich reflektiert wird und wieder zu einem der Ultraschallsensoren gelangt, kann in Versuchen bestimmt werden oder berechnet werden. In gleicher Weise kann die Bandbreite des zweiten Ultraschallsignals bestimmt werden, welches in dem Umgebungsbereich reflektiert wird und empfangen wird. Dabei kann der Frequenzunterschied, um welchem sich die erste Frequenz und die zweite Frequenz von der Resonanzfrequenz unterscheiden, so bestimmt werden, dass dieser zumindest der Hälfte der Bandbreite des empfangenen ersten Ultraschallsignals und/oder des empfangenen zweiten Ultraschallsignals entspricht. Maximal kann der Frequenzunterschied beispielsweise der Bandbreite des ersten Ultraschallsignals und/oder des zweiten Ultraschallsignals entsprechen. Somit kann auf sichere Weise eine gegenseitige Beeinflussung des ersten Ultraschallsignals und des zweiten
Ultraschallsignals verhindert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Frequenzunterschied in Abhängigkeit von einem Steuersignal, welches an den ersten Ultraschallsensor und den zweiten Ultraschallsensor übertragen wird, verändert wird. Der erste Ultraschallsensor und der zweite
Ultraschallsensor können zur Datenübertragung mit einem Steuergerät der
Ultraschallsensorvorrichtung verbunden sein. Mit diesem Steuergerät können
Steuersignale an den ersten Ultraschallsensor und/oder den zweiten Ultraschallsensor übertragen werden. In dem ersten Ultraschallsensor und dem zweiten Ultraschallsensor ist eine Sensorelektronik vorhanden, mittels welcher ein Anregungssignal zum Anregen des jeweiligen Wandlerelements bereitgestellt wird. In Abhängigkeit von dem
empfangenen Steuersignal kann die Frequenz des Anregungssignals und damit der Frequenzunterschied beeinflusst werden, um welchen sich die erste Frequenz und die zweite Frequenz von der Resonanzfrequenz unterscheiden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Frequenz und die zweite Frequenz unabhängig eingestellt werden. Somit kann das Aussenden des ersten Ultraschallsignals und des zweiten
Ultraschallsignals variabel gestaltet werden und angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Membran des ersten Ultraschallsensors derart angeregt, dass das erste Ultraschallsignal mit einer ersten Codierung ausgesendet wird, und die Membran des zweiten Ultraschallsensors wird derart angeregt, dass das zweite Ultraschallsignal mit einer zweiten Codierung ausgesendet wird. Dabei kann die erste Codierung und/oder die zweite Codierung mittels einer Frequenzumtastung, mittels einer Phasenumtastung, als Chip und/oder mittels eines digitalen Modulationsverfahrens bereitgestellt werden. Für die Codierung kann auch ein Modulationsverfahren verwendet werden. Das erste Ultraschallsignal kann also eine Codierung aufweisen, die sich von der zweiten Codierung des zweiten Ultraschallsignals unterscheidet. Auf diese Weise kann die Unterscheidung zwischen dem ersten Ultraschallsignal und dem zweiten
Ultraschallsignal verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine erste Sendedauer, während der das erste Ultraschallsignal ausgesendet wird, in Abhängigkeit von der ersten Codierung eingestellt und/oder eine zweite Sendedauer, während der das zweite Ultraschallsignal ausgesendet wird, wird in Abhängigkeit von der zweiten Codierung eingestellt. Während der jeweiligen Sendedauer wird das Anregungssignal an der Membran des Ultraschallsensors angelegt. Dies kann auch als Sendephase bezeichnet werden. In einer anschließenden
Empfangsphase wird kein Anregungssignal an dem Ultraschallsensor angelegt. Hier können dann die reflektierten Ultraschallsignale empfangen werden. Beim Aussenden des jeweiligen Ultraschallsignals ist darauf zu achten, dass die Frequenzanteile des jeweiligen Ultraschallsignals innerhalb der vorbestimmten Bandbreite bleiben. Um dies zur erreichen, können abhängig von dem Codierverfahren beziehungsweise dem
Modulationsverfahrens unterschiedliche Ansätze bereitgestellt werden.
Wenn beispielsweise keine Codierung verwendet wird und die Membran des ersten Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors mit einem sinusförmigen
Anregungssignal angeregt werden, kann die jeweilige Sendedauer so gewählt werden, dass das Frequenzspektrum des jeweiligen Ultraschallsignals schmal genug ist. Bei der Verwendung einer Frequenzumtastung und einer Phasenumtastung kann die Bit-Dauer lange genug gewählt werden, um einen verhältnismäßig enges Spektrum zu erreichen. Ferner ist darauf zu achten, dass Diskontinuitäten bezüglicher der Phase vermieden werden, um beispielsweise Nebenkeulen oder Artefakte in ihrer Leistung zu reduzieren. Zu diesem Zweck können entsprechende Pulsformverfahren verwendet werden.
Beispielsweise kann hierzu bei einer Phasenumtastung ein Raised-Cosine-Filter verwendet werden. Die Frequenzumtastung kann kontinuierlich oder mit einem
vorgeschalteten Gauß-Filter erfolgen. Falls eine Chirp-Modulation verwendet wird, kann die Startfrequenz und die Endfrequenz des Chirp-Signals angepasst werden. Dies ermöglicht insgesamt eine zuverlässige Codierung des ersten und/oder des zweiten Ultraschallsignals.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten Ultraschallsignale mit den Ultraschallsensoren empfangen werden und mit den Ultraschallsensoren jeweils ein Rohsignal ausgegeben wird. Im Betrieb der
Ultraschallsensorvorrichtung kann das erste Ultraschallsignal, welches beispielsweise an einem Objekt in dem Umgebungsbereich reflektiert wird, von dem ersten
Ultraschallsensor empfangen werden. Das erste Ultraschallsignal kann auch von dem zweiten Ultraschallsensor empfangen werden. In gleicher Weise kann das zweite
Ultraschallsignal, das mit dem zweiten Ultraschallsensor ausgesendet wird und in dem Umgebungsbereich reflektiert wird, von dem ersten Ultraschallsensor und/oder dem zweiten Ultraschallsensor empfangen werden. Bei dem Empfangen des jeweiligen Ultraschallsignals trifft das Ultraschallsignal auf die Membran, wodurch diese zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Diese mechanische Schwingung kann mit den jeweiligen Wandlerelementen in Form eines Rohsignals ausgegeben werden. Bei dem Rohsignal handelt es sich insbesondere um eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung. Dieses Rohsignal kann dann entsprechend weiterverarbeitet werden, um zu überprüfen, ob das erste Ultraschallsignal oder das zweite Ultraschallsignal mit den jeweiligen Ultraschallsensor empfangen wurde.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in den jeweiligen(d.h. in jedem der)
Ultraschallsensoren das ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich die erste Frequenz umfasst, gefiltert und zum Erkennen des empfangenen zweiten
Ultraschallsignals wird in den jeweiligen Ultraschallsensoren das ausgegebene Rohsignal mit einem zweiten Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich die zweite Frequenz umfasst, gefiltert. Das erste Bandpassfilter kann eine Mittelfrequenz, die der ersten Frequenz entspricht, und eine Halbwertsbreite von -3 dB eines Frequenzunterschieds aufweisen. In gleicher Weise kann das zweite Bandpassfilter eine Mittelfrequenz, die der zweiten Frequenz entspricht, und eine Halbwertsbreite von -3 dB des Frequenzunterschieds aufweisen. Dabei ist der Frequenzunterschied derart bestimmt, dass dieser kleiner ist als der Betrag des Unterschieds zwischen der erste Frequenz und der zweiten Frequenz. Somit können die jeweiligen Rohsignale, die mit dem ersten Ultraschallsensor und/oder dem zweiten Ultraschallsensor bereitgestellt werden, daraufhin untersucht werden, ob diese das reflektierte erste Ultraschallsignal und/oder das reflektierte zweite
Ultraschallsignal beschreiben. Es ist somit möglich parallel zu messen, d.h. mit dem ersten Ultraschallsensor und dem zweiten Ultraschallsensor gleichzeitig zu messen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das in den jeweiligen (d.h. in jedem der)
Ultraschallsensoren ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals und/oder des empfangenen zweiten Ultraschallsignals decodiert. Falls das erste Ultraschallsignal und das zweite Ultraschallsignal entsprechend codiert wurden, kann bei dem Empfangen dieser Ultraschallsignale entsprechende die Codierung durchgeführt werden. Dabei wird eine erste Codierung beziehungsweise eine erste Modulation für das erste Ultraschallsignals verwendet. Für das zweite Ultraschallsignal wird eine zweite Codierung beziehungsweise zweite Modulation verwendet. Bei der Frequenzumtastung, der Phasenumtastung und oder bei einem Chipsignal können unterschiedliche Trägerfrequenzen für die Modulation verwendet werden. Auch auf diese Weise kann überprüft werden, ob das Rohsignal von dem ersten Ultraschallsignal oder dem zweiten Ultraschallsignals stammen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das in den jeweiligen Ultraschallsensoren ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten Anregungssignal korreliert wird und/oder zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem zweiten Anregungssignal korreliert wird. Das erste
Anregungssignal entspricht insbesondere dem Signal, mit dem das Wandlerelement beziehungsweise die Membran des ersten Ultraschallsensors zum Aussenden des ersten Ultraschallsignals angeregt wird. Das zweite Anregungssignal entspricht insbesondere dem Signal, mit dem das Wandlerelement beziehungsweise die Membran des zweiten Ultraschallsensors zum Aussenden des zweiten Ultraschallsignals angeregt wird. Das Rohsignal, das mit dem ersten Ultraschallsensor bereitgestellt wird, wird dann mit dem ersten Anregungssignal korreliert. Wenn das erste Ultraschallsignal mit dem ersten Ultraschallsensor empfangen wurde, wird eine Autokorrelation durchgeführt. Wenn mit dem ersten Ultraschallsensor das zweite Ultraschallsignal empfangen wurde, wird eine Kreuzkorrelation durchgeführt. Dies gilt in gleicher Weise für den zweiten
Ultraschallsensor. Falls als ein digitales Modulationsverfahren verwendet wird, kann eine sogenannte Missmatch-Korrelation durchgeführt werden, um Nebenkeulen
beziehungsweise Artefakte bei der Autokorrelation zu minimieren. Falls Chipsignale verwendet werden, kann eine zusätzliche Fensterfunktion verwendet werden, um die Nebenkeulen zu minimieren. Somit kann auf zuverlässige Weise bestimmt werden, ob das Rohsignal von dem ersten Ultraschallsignal oder von dem zweiten Ultraschallsignal stammt.
Vorliegend wird berücksichtigt, dass bei der Korrelation Nebenkeulen beziehungsweise Artefakte auftreten können, welche fälschlicherweise als Signalanteil interpretiert werden, der von einem Objekt stammt. Vorliegend soll innerhalb des jeweiligen Ultraschallsensors sowohl eine Autokorrelation also eine Kreuzkorrelation durchgeführt werden. Hierbei wird berücksichtigt, dass eine Optimierung auf die Autokorrelation und Kreuzkorrelation in gleicher Weise nicht möglich ist. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sehr lange Ultraschallsignale ausgesendet werden, was aber im Betrieb der Ultraschallsensoren nicht gewünscht ist. Falls bei der Codierung eine verhältnismäßig geringe Bit-Dauer verwendet wird, erfordert dies eine Erhöhung des Frequenzspektrums des codierten Ultraschallsignals, da die Bandbreite des Spektrums invers zu der Bit- Dauer ist. Da die Bandbreite der Membran beschränkt ist, kann dies nur im begrenzten Umfang eingesetzt werden. Falls die Membran derart ausgestaltet wird, dass diese eine höhere Bandbreite aufweist, kann dies aber dazu führen, dass die Sendeleistung beziehungsweise der Sendeschalldruck reduziert wird. Vorliegend wird durch die Einteilung der Membran in die zwei Kanäle, beziehungsweise die erste Frequenz und die zweite Frequenz eine Möglichkeit geschaffen, um das erste Ultraschallsignal des ersten Ultraschallsensors von dem zweiten Ultraschallsignal des zweiten Ultraschallsensors unterscheiden zu können.
Der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor können zunächst in einer Sendephase betrieben werden. Während der Sendephase wird mit dem ersten
Ultraschallsensor das erste Ultraschallsignal mit der ersten Frequenz ausgesendet.
Ferner wird während der Sendephase mit dem zweiten Ultraschallsensor das zweite Ultraschallsignal mit der zweiten Frequenz ausgesendet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Sendephase des ersten Ultraschallsensors und die Sendephase des zweiten Ultraschallsensors zeitgleich oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Nach der Sendephase werden der erste Ultraschallsensor und der zweite
Ultraschallsensor jeweils in einer Empfangsphase betrieben. In dieser Empfangsphase wird sowohl mit dem ersten Ultraschallsensor als auch mit dem zweiten Ultraschallsensor und zwar in dem jeweiligen Ultraschallsensor selbst überprüft, ob diese das erste
Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal empfangen haben. Dies bedeutet, dass in dem Empfangspfad des ersten Ultraschallsensors das mit dem Wandlerelement bereitgestellte Rohsignal daraufhin untersucht wird, ob diese das erste Ultraschallsignal, das zweite Ultraschallsignal oder sowohl das erste Ultraschallsignal als auch das zweite Ultraschallsignal beschreibt. In gleicher Weise wird in dem Empfangspfad des zweiten Ultraschallsensors überprüft, ob das dort bereitgestellte Rohsignal das erste und/oder das zweite Ultraschallsignal beschreibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in den jeweiligen Ultraschallsensoren das ausgegebenen Rohsignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal mit einer
Referenzfrequenz gemischt, insbesondere l-/Q-gemischt, das gemischte Signal wird mit einem Tiefpassfilter gefiltert, das gefilterte Signal wird zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten Signal korreliert und das gefilterte Signal wird zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem zweiten Signal korreliert. In dem Empfangspfad der jeweiligen Ultraschallsensoren wird überprüft, ob das erste Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal empfangen wurde.
Zum Empfangen beziehungsweise Erkennen der Ultraschallsignale wird das Rohsignal, das mit dem Wandlerelement des Ultraschallsensors ausgegeben wird, ausgewertet. Das Rohsignal kann insbesondere als zeitlich veränderliche elektrische Spannung ausgegeben werden. Das Rohsignal kann mittels der Sensorelektronik beziehungsweise mittels einer Auswerteeinheit der Sensorelektronik ausgewertet werden. Diese
Auswerteeinheit kann beispielsweise durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) bereitgestellt werden.
Das Rohsignal kann zunächst mit einem Analog-Digital-Wandler abgetastet
beziehungsweise digitalisiert werden. Im Anschluss daran kann das abgetastete Rohsignal mit dem vorbestimmten Referenzsignal mit der Referenzfrequenz gemischt werden, insbesondere l-/Q-gemischt mittels eines I-/Q-Mischers. Dabei kann die Referenzfrequenz des Referenzsignals so bestimmt werden, dass diese zwischen der ersten Frequenz des ersten Ultraschallsignals und der zweiten Frequenz des zweiten Ultraschallsignals liegt. Somit kann das abgetastete Signal in ein niedrigeres
Frequenzband umgesetzt werden. Beispielsweise kann bei dem I-/Q-Mischer das vorbestimmte Referenzsignal der Sinus von 2π mal Referenzfrequenz (sin (2π fref )) und der Kosinus von 2π mal Referenzfrequenz (cos (2 π fre ) sein. So kann ein komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz und eine zweite heruntergemischte Frequenz umfasst. Das gemischte (insbesondere komplexe) Signal kann dann mittels des Tiefpassfilters gefiltert werden. Dabei kann der Durchlassbereich des Tiefpassfilters so gewählt sein, dass die erste heruntergemischte Frequenz und die zweite heruntergemischte Frequenz durchgelassen werden. So verhalten sich der I-/Q- Mischer und der Tiefpassfilter zusammen wie ein Bandpassfilter. Danach kann das gefilterte (insbesondere komplexe gefilterte) Signal einer ersten Korrelationseinrichtung zugeführt werden. Mittels der ersten Korrelationseinrichtung kann das gefilterte
(insbesondere komplexe gefilterte) Signal mit einem Signal, welches die erste heruntergemischte Frequenz aufweist, korreliert werden. Anhand der Korrelation kann überprüft werden, ob das Rohsignal das erste Ultraschallsignal mit der ersten Frequenz beschreibt. Ferner kann das gefilterte (insbesondere komplexe gefilterte) Signal einer zweiten Korrelationseinrichtung zugeführt werden, mittels welcher das gefilterte
(insbesondere komplexe gefilterte) Signal mit einem Signal mit der zweiten
heruntergemischten Frequenz korreliert werden. Damit kann innerhalb eines einzigen Ultraschallsensors überprüft werden, ob das Rohsignal das zweite Ultraschallsignal beschreibt. Insgesamt kann somit separat in jedem der Ultraschallsensoren überprüft werden, ob das erste und/oder das zweite Ultraschallsignal empfangen wurde. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in den jeweiligen Ultraschallsensoren das ausgegebenen Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem vorbestimmten ersten Referenzsignal mit einer ersten Referenzfrequenz gemischt, insbesondere l-/Q-gemischt mittels eines I-/Q-Mischers, das gemischte Signal mit einem ersten Tiefpassfilter gefiltert wird und das gefilterte Signal wird mit einem ersten Signal korreliert. Zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals wird in den jeweiligen Ultraschallsensoren das ausgegebene Rohsignal mit einem vorbestimmten zweiten Referenzsignal mit einer zweiten Referenzfrequenz gemischt, insbesondere I-/Q- gemischt, das gemischte Signal wird mit einem zweiten Tiefpassfilter gefiltert und das gefilterte Signal wird mit einem zweiten Signal korreliert. Auch bei dieser
Ausführungsform kann das Rohsignal zunächst mittels des Analog-Digital-Wandlers abgetastet beziehungsweise digitalisiert werden. Um innerhalb des Ultraschallsensors zu überprüfen, ob das erste Ultraschallsignal empfangen wurde beziehungsweise ob das Rohsignal das erste Ultraschallsignal beschreibt, kann das abgetastete Rohsignal mit dem ersten Referenzsignal mit der ersten Referenzfrequenz gemischt werden, um dieses beispielsweise auf ein niedrigeres Frequenzband umzusetzen. Beispielsweise kann bei dem I-/Q-Mischer das erste Referenzsignal der Sinus von 2π mal erste
Referenzfrequenz (sin (2π frefi )) und der Kosinus von 2π mal erste Referenzfrequenz (cos (2 π frefi )) sein. So kann ein erstes komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz und eine zweite heruntergemischte Frequenz umfasst. Dann kann das mit dem ersten Referenzsignal gemischte abgetastete Rohsignal (inbesondere das erste komplexe Signal) dem ersten Tiefpassilter zugeführt werden. Der Durchlassbereich des ersten Tiefpassfilters ist insbesondere so gewählt, dass die erste heruntergemischte Frequenz (des ersten komplexen Signals) durchgelassen wird und die zweite heruntergemischte Frequenz (des ersten komplexen Signals) herausgefiltert wird. Das gefilterte (insbesondere erste komplexe gefilterte) Signal kann dann einer ersten Korrelationseinrichtung und dort mit dem ersten Signal, welches die erste
heruntergemischte Frequenz aufweist, korreliert werden. Anhand dieser Korrelation kann überprüft werden, ob das Rohsignal das erste Ultraschallsignal beschreibt.
In gleicher Weise kann das abgetastete Rohsignal mit dem zweiten Referenzsignal mit einer zweiten Referenzfrequenz gemischt werden, insbesondere l-/Q-gemischt mittels I- /Q-Mischers. Das zweite Referenzsignal unterscheidet sich insbesondere bezüglich der Frequenz von dem ersten Referenzsignal. Beispielsweise kann bei dem I-/Q-Mischer das zweite Referenzsignal der Sinus von 2π mal zweite Referenzfrequenz (sin (2π fref2 )) und der Kosinus von 2π mal zweite Referenzfrequenz (cos (2 π fref2)) sein. So kann ein zweites komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz und eine zweite heruntergemischte Frequenz umfasst. Danach kann das gemischte (insbesondere zweite komplexe) Signal dem zweiten Tiefpassfilter zugeführt werden. Der Durchlassbereich des zweiten Tiefpassfilters ist insbesondere so gewählt, dass dieser die erste heruntergemischte Frequenz (des zweiten komplexen Signals) herausgefiltert wird und die zweite heruntergemischte Frequenz (des zweiten komplexen Signals) durchgelassen wird. Dieses gefilterte (insbesondere zweite komplexe gefilterte) Signal kann dann einer zweiten Korrelationseinrichtung zugeführt werden und dort mit dem zweiten Signal mit der zweiten heruntergemischten Frequenz korreliert werden.
Vorliegend werden also in einem einzigen Ultraschallsensor zwei Pfade bereitgestellt, um das Rohsignal auswerten zu können. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das Rohsignal das zweite Ultraschallsignal beschreibt. Damit kann auf zuverlässige Weise überprüft werden, ob mit dem Ultraschallsensor das erste und/oder das zweite
Ultraschallsignal empfangen wurde.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen ersten Ultraschallsensor und einen zweiten Ultraschallsensor. Die
Ultraschallsensorvorrichtung ist bevorzugt dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung mehrere erste
Ultraschallsensoren und mehrere zweiten Ultraschallsensoren aufweist. Diese können dann beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden. Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die ersten Ultraschallsensoren und die zweiten Ultraschallsensoren alternierend zueinander angeordnet werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Grundsätzlich können mithilfe des Fahrerassistenzsystems Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Falls erkannt wird, dass eine Kollision mit dem Objekt droht, kann eine entsprechende Warnung an den Fahrer ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zumindest semi-autonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem als Parkhilfesystem ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte
Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Ultraschallsensorvorrichtung aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung, welche einen Ultraschallsensor und ein Steuergerät aufweist; und Fig. 3 ein Diagramm, welches eine Schwingung der Membran der
Ultraschallsensoren in Abhängigkeit von der Frequenz beschreibt;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Auswertung eines Rohsignals
innerhalb eines der Ultraschallsensoren; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Auswertung des Rohsignals innerhalb eines der Ultraschallsensoren gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen
ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Insbesondere kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim
Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 weist zumindest einen ersten Ultraschallsensor 4a und zumindest einen zweiten Ultraschallsensor 4b auf. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 insgesamt zwölf
Ultraschallsensoren 4a, 4b. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4a, 4b in einem
Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4a, 4b in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Vorliegend sind die ersten
Ultraschallsensoren 4a und die zweiten Ultraschallsensoren 4b alternierend zueinander angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4a, 4b können insbesondere an den Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4a, 4b zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise
Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4a, 4b verdeckt hinter den Stoßfänger angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4a, 4b auch an weiteren Verkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4a, 4b an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4a, 4b können Sensorsignale bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des
Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem
Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Sensorsignals kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4a, 4b ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4a, 4b und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Abstände, die mit unterschiedlichen
Ultraschallsensoren 4a, 4b bestimmt werden, berücksichtigt werden. Somit kann mittels Trilateration die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal, das von einem der Ultraschallsensoren 4a, 4b ausgesendet wurde, mit einem benachbarten
Ultraschallsensor 4a, 4b empfangen wird. Dies wird auch als Kreuzmessung bezeichnet.
Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensoren 4a, 4b zur Datenübertragung mit einer
Datenleitung 10 (siehe Fig. 2) verbunden ist. Über die Datenleitung 10 können die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4a, 4b bestimmten Sensorsignale an das Steuergerät 5 übertragen werden. Anhand der Sensorsignale kann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Ausgabe an den Fahrer des
Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das
Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen
Antriebsmotor eingreift, um das Kraftfahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem zumindest einen erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung 3, welche vorliegend beispielhaft nur einen Ultraschallsensor 4a, 4b aufweist. Die
Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst das Steuergerät 5, welche über die Datenleitung 10 mit einem Ultraschallsensor 4a, 4b verbunden ist. Hierbei ist zu erkennen, dass der Ultraschallsensor 4a, 4b eine Membran 1 1 aufweist, welche vorliegend topfförmig ausgebildet ist. Die Membran 1 1 kann aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Zudem umfasst der Ultraschallsensor 4a, 4b ein Wandlerelement 12, welches mit der Membran 1 1 beziehungsweise einem Membranboden der Membran 1 1 verbunden ist. Das Wandlerelement 12 kann aus einem piezoelektrischen Material gefertigt sein. Zum Aussenden des Ultraschallsignals kann das Wandlerelement 12 und somit die Membran 1 1 zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal trifft wieder auf die Membran 1 1 , wodurch durch diese zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Infolge dieser mechanischen Schwingungen wird mit dem Wandlerelement 12 ein Rohsignal 15 als elektrische
Spannung ausgegeben.
Darüber hinaus umfasst der Ultraschallsensor 4a, 4b eine Sensorelektronik 13, welche insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet ist. Die Sensorelektronik 13 ist über entsprechende Verbindungsleitungen 14 mit dem
Wandlerelement 12 verbunden. Somit kann mittels der Sensorelektronik 13 das
Rohsignal empfangen werden, welche das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Des Weiteren weist die Sensorelektronik 13 eine Auswerteeinheit 15 aus, mittels welcher das empfangene Rohsignal entsprechend ausgewertet werden kann. Die Sensorelektronik 13 umfasst zudem eine Ansteuereinheit 16, mittels welcher das Wandlerelement 12 angesteuert werden kann. Hierzu kann mit der Ansteuereinheit 16 ein Anregungssignal in Form einer elektrischen Spannung an das Wandlerelement 12 übertragen werden.
Der erste Ultraschallsensor 4a und der zweite Ultraschallsensor 4b sind vorliegend baugleich ausgebildet. Insbesondere weisen die Ultraschallsensoren 4a, 4b die gleiche Membran auf. Dabei ist es vorgesehen, dass mit dem ersten Ultraschallsensor 4a ein erstes Ultraschallsignal ausgesendet wird und mit dem zweiten Ultraschallsensor 4b ein zweites Ultraschallsignal ausgesendet wird. Das erste Ultraschallsignal weist die erste Frequenz auf und das zweite Ultraschallsignal weist die zweite Frequenz f2 auf.
Fig. 3 zeigt eine Schwingungsamplitude A der Membran 1 1 in Abhängigkeit von der Frequenz f. Hierbei ist zu erkennen, dass eine Kurve 17, welche die
Schwingungsamplitude A in Abhängigkeit von der Frequenz f beschreibt, symmetrisch ist. Die Membran 1 1 weist bei ihrer Resonanzfrequenz f0 ein Maximum bezüglich der
Schwingungsamplitude A auf. Die erste Frequenz f1 ; mit der die Membran 1 1 des ersten Ultraschallsensors 4a angeregt wird, ist um einen Frequenzunterschied Af geringer als die Resonanzfrequenz f0. Die zweite Frequenz f2, mit der die Membran 1 1 des zweiten Ultraschallsensors 4b angeregt wird, ist um den Frequenzunterschied Af größer als die Resonanzfrequenz f0. Dabei weist die Schwingungsamplitude A der Membran 1 1 bei der Anregung mit der ersten Frequenz und bei der Anregung mit der zweiten Frequenz f2 die gleiche Amplitude Ai auf.
Wenn mit dem ersten Ultraschallsensor 4a das erste Ultraschallsignal ausgesendet wird, kann dies an dem Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 reflektiert werden. Danach kann das erste Ultraschallsignal zu dem ersten Ultraschallsensor 4a und/oder zu dem zweiten Ultraschallsensor 4b gelangen. In gleicher Weise kann das zweite Ultraschallsignal, welches mit dem zweiten Ultraschallsensor 4b ausgesendet wird, von dem zweiten Ultraschallsensor 4b und/oder den ersten Ultraschallsensor 4a empfangen werden. Um in dem jeweiligen Ultraschallsensor 4a, 4b zu überprüfen, ob das Echo das erste Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal beschreibt, kann das mit dem Wandlerelement 12 bereitgestellte Rohsignal mit einem Bandpass gefiltert werden. Dabei kann ein erstes Bandpassfilter verwendet werden, dessen
Durchlassbereich die erste Frequenz einschließt, und es kann ein zweites
Bandpassfilter verwendet werden, dessen Durchlassbereich die zweite Frequenz f2 einschließt. Somit können die empfangenen Echosignale dahingehend unterschieden werden, ob diese das erste Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal beschreiben.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das bereitgestellte Rohsignal korreliert wird. Hierbei kann eine Autokorrelation und eine Kreuzkorrelation durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob das Rohsignal das empfangene erste Ultraschallsignal oder das empfangene zweite Ultraschallsignal beschreibt. Falls die Ultraschallsignale beim Aussenden codiert werden, können diese beim Empfangen wieder entsprechend decodiert werden. Auch hierdurch kann eine Unterscheidung zwischen dem ersten Ultraschallsignal und dem zweiten Ultraschallsignal getroffen werden.
Vorliegend sind die ersten Ultraschallsensoren 4a und die zweiten Ultraschallsensoren 4b derart an den Stoßfänger angeordnet, dass sich diese gegenseitig beeinflussen können. Vorliegend wird die Bandbreite der Membran 1 1 in zwei Kanäle aufgespalten, wobei der erste Kanal durch das erste Ultraschallsignal mit der ersten Frequenz und der zweite Kanal durch das zweite Ultraschallsignal mit der zweiten Frequenz f2 bereitgestellt werden. Somit kann das erste Ultraschallsignal von dem zweiten Ultraschallsignal unterschieden werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die ersten Ultraschallsensoren 4a und die zweiten Ultraschallsensoren 4b zeitgleich aussenden. Dabei kann das erste Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal moduliert oder nicht moduliert ausgesendet werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass das jeweilige Ultraschallsignal beziehungsweise der Ultraschallpuls innerhalb einer definierten Bandbreite bleibt. Hierzu kann ein ad-hoc-Verfahren in Abhängigkeit von der verwendeten Modulation
beziehungsweise Codierung verwendet werden.
Falls keine Modulation verwendet wird und das Anregungssignal beispielsweise einer sinusförmigen Spannung mit einer konstanten Frequenz entspricht, ist es erforderlich, die Sendedauer, während der das jeweilige Ultraschallsignal ausgesendet wird, so lange zu wählen, dass das Spektrum des jeweiligen Ultraschallsignals schmal genug ist. Falls eine Phasenumtastung oder eine Frequenzumtastung verwendet wird, ist die Bit-Dauer solange zu wählen, dass ein verhältnismäßig schmales Spektrum erreicht wird. Hierbei ist zudem darauf zu achten, dass Diskontinuitäten bezüglich der Phase vermieden werden, um die Nebenkeulen bei der Korrelation zu verringern. Hierzu können auch
entsprechende Pulsformverfahren verwendet werden. Bei der Chirp-Modulation kann die Angangsfrequenz und die Endfrequenz eingestellt werden.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass mittels des Steuergeräts 5 ein Steuersignal an die an den jeweiligen Ultraschallsensor 4a, 4b beziehungsweise die Sensorelektronik 13 übermittelt wird. In Abhängigkeit von diesem Steuersignal können dann Einstellung in dem Ultraschallsensor 4a, 4b verändert werden. Beispielsweise kann die Sendedauer, für das erste und/oder das zweite Ultraschallsignals eingestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die ersten Frequenz und/oder die zweite Frequenz f2 in
Abhängigkeit von dem Steuersignal verändert wird.
Bei dem Empfangen des ersten Ultraschallsignals und/oder des zweiten
Ultraschallsignals kann für den Fall, dass keine Codierung oder Modulation verwendet wird, ein jeweiliges Bandpassfilter verwendet werden. Falls für die Codierung
beziehungsweise als Modulation eine Phasenumtastung, eine Frequenzumtastung oder ein Chirp-Singal verwendet wurde, kann die gewünschte Trägerfrequenz für die
Demodulation verwendet werden. Auch hier kann eine entsprechende Bandpassfilterung verwendet werden. Die Verwendung von unterschiedlichen Trägerfrequenzen für die Demodulation sorgt dafür, dass die Signale automatisch voneinander getrennt werden. Falls digitale Modulationsverfahren verwendet werden, kann die sogenannte Missmatch- Korrelation verwendet werden, um die Nebenkeulen bei der Autokorrelation zu
minimieren. Bei einer Chirp-Modulation kann eine Fensterfunktion angewendet werden, um die Nebenkeulen zu minimieren. Anhand von Fig. 4 ist schematisch die Auswertung des Rohsignals innerhalb der
Sensorelektronik 13 eines der Ultraschallsensoren 4a, 4b veranschaulicht. Insbesondere kann die Auswertung des Rohsignals innerhalb der Auswerteeinheit 15 der
Sensorelektronik 13 durchgeführt werden. Das von dem Wandlerelement 12 erzeugte Rohsignal wird an einen Analog-Digital-Wandler 18 übertragen und entsprechend abgetastet beziehungsweise digitalisiert. Das abgetastete Rohsignal wird dann mittels eines Mischers 19, insbesondere I-/Q-Mischers, mit einem vorbestimmten Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz fref gemischt. Das vorbestimmte Referenzsignal kann eine Referenzfrequenz fref aufweisen, die zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz f2 liegt. Bei dem I-Q-Mischer ist das vorbestimmte Referenzsignal insbesondere sin (2π fref ) und cos (2 π fref). So kann komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz |fref - M und eine zweite heruntergemischte Frequenz |fref - f2| umfasst. Im Anschluss an die Mischung kann das gemischte Signal, insbesondere das komplexe Signal, mit einem Tiefpassfilter 20 gefiltert werden. Der Durchlassbereich des Tiefpassfilters ist so gewählt, dass die erste heruntergemischte Frequenz |fref - M und die zweite heruntergemischte Frequenz |fref - f2| durchgelassen werden. So verhalten sich der I-/Q-Mischer 19 und der Tiefpassfilter 20 zusammen wie ein Bandpassfilter. Dieses gefilterte Signal, insbesondere komplexe gefilterte Signal, wird dann einer ersten
Korrelationseinrichtung 21 a und einer zweiten Korrelationseinrichtung 21 b zugeführt. In der ersten Korrelationseinrichtung 21 a wird das gefilterte Signal, insbesondere komplexe gefilterte Signal, mit einem Signal korreliert, welches die erste heruntergemischte
Frequenz |fref - Maufweist. Anhand der Korrelation kann bestimmt werden, ob das Rohsignal das erste Ultraschallsignal beschreibt und ob somit das erste Ultraschallsignal von dem Ultraschallsensor 4a, 4b empfangen wurde. In der zweiten
Korrelationseinrichtung 21 b wird das gefilterte Signal, insbesondere komplexe gefilterte Signal, mit einem zweiten Signal mit der zweiten heruntergemischten Frequenz |fref - f2| korreliert. Auf Grundlage der Korrelation kann dann überprüft werden, ob das Rohsignal das zweite Ultraschallsignal beschreibt und ob somit das zweite Ultraschallsignal von dem Ultraschallsensor 4a, 4b empfangen wurde.
Fig. 5 zeigt schematisch die Auswertung des Rohsignals innerhalb der Sensorelektronik 13 eines der Ultraschallsensoren 4a, 4b gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auch hier wird das Rohsignal mit dem Analog-Digital-Wandler 18 abgetastet. Diese abgetastete Rohsignal wird anschließend einem ersten Mischer 19a, insbesondere erster I-/Q- Mischer, zugeführt und dort mit einem ersten Referenzsignal mit einer ersten
Referenzfrequenz frefi gemischt. Bei dem ersten I-Q-Mischer 19a ist das erste
Referenzsignal insbesondere sin (2π frefi ) und cos (2 π fren ). So kann ein erstes komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz |frefi - M und eine zweite heruntergemischte Frequenz |frefi - f2| umfasst. Das gemischte Signal, insbesondere das erste komplexe Signal, wird dann mittels eines ersten Tiefpassfilters 20a gefiltert. Der Durchlassbereich des ersten Tiefpassfilters 20a ist so gewählt, dass die erste heruntergemischte Frequenz |frefi - fi | durchgelassen wird und die zweite
heruntergemischte Frequenz |fren - f2| herausgefiltert wird. Auch hier verhalten sich der I- /Q-Mischer 19a und der Tiefpassfilter 20a zusammen wie ein Bandpassfilter. Danach wird das gefilterte Signal, insbesondere das erste komplexe gefilterte Signal, in einer ersten Korrelationseinrichtung 21 a mit einem Signal mit der ersten heruntergemischten
Frequenz |frefi - M korreliert. Damit kann überprüft werden, ob das Rohsignal das erste Ultraschallsignal beschreibt.
Ferner wird das abgetastete Rohsignal einem zweiten Mischer 19b, insbesondere erster I-/Q-Mischer, zugeführt und dort mit dem zweiten Referenzsignal mit einer zweiten Referenzfrequenz fref2 gemischt. Dieses gemischte Signal wird dann mit einem zweiten Tiefpassfilter 20b gefiltert. Bei dem zweiten I-Q-Mischer 19b ist das zweite Referenzsignal insbesondere sin (2π fref2) und cos (2 π fref2). So kann ein zweites komplexes Signal erhalten werden, das eine erste heruntergemischte Frequenz |fref2 - M und eine zweite heruntergemischte Frequenz |fref2 - f2| umfasst. Das gemischte Signal, insbesondere das zweite komplexe Signal, wird dann mittels eines zweiten Tiefpassfilters 20b gefiltert. Der Durchlassbereich des zweiten Tiefpassfilters 20b ist so gewählt, dass die erste heruntergemischte Frequenz |frefi - M herausgefiltert wird und die zweite
heruntergemischte Frequenz |fren - f2| durchgelassen wird. Auch hier verhalten sich der I- /Q-Mischer 19b und der Tiefpassfilter 20b zusammen wie ein Bandpassfilter. Das gefilterte Signal, insbesondere das zweite komplexe gefilterte Signal, wird mittels einer zweiten Korrelationseinrichtung 21 b mit einem Signal mit der zweiten heruntergemischten Frequenz |fref2 - f2| korreliert. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das Rohsignal das zweite Ultraschallsignal beschreibt. Auch auf diese Weise kann festgestellt werden, ob mit dem Ultraschallsensor 4a, 4b das erste und/oder das zweite Ultraschallsignal empfangen wurde.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein
Kraftfahrzeug (1 ), bei welchem zum Aussenden eines ersten Ultraschallsignals eine Membran (1 1 ) eines ersten Ultraschallsensors (4a) angeregt wird und zum
Aussenden eines zweiten Ultraschallsignals die Membran (1 1 ) eines zweiten Ultraschallsensor (4b) angeregt wird, wobei die Membran (1 1 ) des ersten
Ultraschallsensors (4a) und die Membran (1 1 ) des zweiten Ultraschallsensors (4b) die gleiche Resonanzfrequenz (f0) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (1 1 ) des ersten Ultraschallsensors (4a) mit einer ersten Frequenz (f^, welche um einen vorbestimmten Frequenzunterschied (Af) geringer als die
Resonanzfrequenz (f0) ist, angeregt wird und die Membran (1 1 ) des zweiten Ultraschallsensors mit einer zweiten Frequenz (f2), welche um den vorbestimmten Frequenzunterschied (Af) höher als die Resonanzfrequenz (f0) ist, angeregt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (1 1 ) des ersten Ultraschallsensors (4a) und die Membran (1 1 ) des zweiten Ultraschallsensors (4b) gleichzeitig angeregt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Frequenz (f^ und die zweite Frequenz (f2) derart bestimmt werden, dass eine Amplitude (A^ einer Schwingung der Membran (1 1 ) des ersten
Ultraschallsensors (4a) bei der Anregung mit der ersten Frequenz (f^ einer Amplitude (A^ einer Schwingung der Membran (1 1 ) des zweiten Ultraschallsensors (4b) bei der Anregung mit der zweiten Frequenz (f2) entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Frequenzunterschied (Af) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Bandbreite eines mit dem ersten Ultraschallsensors (4a) und/oder zweiten Ultraschallsensor (4b) empfangenen Ultraschallsignals bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Frequenzunterschied (Af) in Abhängigkeit von einem Steuersignal, welches an den ersten Ultraschallsensor (4a) und den zweiten Ultraschallsensor (4b) übertragen wird, verändert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (1 1 ) des ersten Ultraschallsensors (4a) derart angeregt wird, dass das erste Ultraschallsignal mit einer ersten Codierung ausgesendet wird, und die Membran (1 1 ) des zweiten Ultraschallsensors (4b) derart angeregt wird, dass das zweite Ultraschallsignal mit einer zweiten Codierung ausgesendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Codierung und/oder die zweite Codierung mittels einer
Frequenzumtastung, mittels einer Phasenumtastung, als Chirp und/oder mittels eines digitalen Modulationsverfahrens bereitgestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Sendedauer, während der das erste Ultraschallsignal ausgesendet wird, in Abhängigkeit von der ersten Codierung eingestellt wird und/oder eine zweite Sendedauer, während der das zweite Ultraschallsignal ausgesendet wird, in Abhängigkeit von der zweiten Codierung eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die in einem Umgebungsbereich (9) des Kraftfahrzeugs (1 ) reflektierten
Ultraschallsignale mit den Ultraschallsensoren (4a, 4b) empfangen werden und mit den Ultraschallsensoren (4a, 4b) jeweils ein Rohsignal ausgegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Ultraschallsensoren (4a, 4b) das ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten
Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich die erste Frequenz (f^ umfasst, gefiltert wird und zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem zweiten Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich die zweite Frequenz (f2) umfasst, gefiltert wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den jeweiligen Ultraschallsensoren (4a, 4b) das ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals und/oder des empfangenen zweiten Ultraschallsignals decodiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den jeweiligen Ultraschallsensoren (4a, 4b) das ausgegebene Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten
Anregungssignal korreliert wird und/oder zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem zweiten Anregungssignal korreliert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den jeweiligen Ultraschallsensoren (4a, 4b) das ausgegebenen Rohsignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz (fref) gemischt wird, das gemischte Signal mit einem Tiefpassfilter (20) gefiltert wird, das gefilterte Signal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem ersten Signal korreliert wird und das gefilterte Signal zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem zweiten Signal korreliert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den jeweiligen Ultraschallsensoren (4a, 4b) das ausgegebenen Rohsignal zum Erkennen des empfangenen ersten Ultraschallsignals mit einem vorbestimmten ersten Referenzsignal mit einer ersten Referenzfrequenz (frefi) gemischt wird, das gemischte Signal mit einem ersten Tiefpassfilter (20a) gefiltert wird und das gefilterte Signal mit einem ersten Signal korreliert wird und zum Erkennen des empfangenen zweiten Ultraschallsignals mit einem vorbestimmten zweiten
Referenzsignal mit einer zweiten Referenzfrequenz (fref2) gemischt wird, das gemischte Signal mit einem zweiten Tiefpassfilter (20b) gefiltert wird und das gefilterte Signal mit einem zweiten Signal korreliert wird.
15. Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten
Ultraschallsensor (4a) und mit einem zweiten Ultraschallsensors(4b), wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
16. Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einer
Ultraschallsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 15.
17. Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 16.
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