WO2019034626A1 - Verfahren zum betreiben eines verdeckt hinter einem bauteil eines kraftfahrzeugs verbauten ultraschallsensors mit auswertung von frequenzen eines empfangssignals, ultraschallsensorvorrichtung, verkleidungsanordnung sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines verdeckt hinter einem bauteil eines kraftfahrzeugs verbauten ultraschallsensors mit auswertung von frequenzen eines empfangssignals, ultraschallsensorvorrichtung, verkleidungsanordnung sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Fabian Haag
Uwe Kupfernagel
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a concealed behind a component of a motor vehicle mounted ultrasonic sensor in which an ultrasonic signal is emitted, for emitting the ultrasonic signal, a membrane of the ultrasonic sensor is excited at a first frequency, the reflected ultrasonic signal is received, and a received signal is determined, which describes the received ultrasonic signal, wherein for evaluating the received signal amplitudes of the received signal are determined.
  • the present invention relates to an ultrasonic sensor device for a motor vehicle.
  • the present invention relates to a trim assembly for a motor vehicle.
  • the present invention relates to a motor vehicle.
  • Ultrasonic sensors for motor vehicles are known from the prior art.
  • ultrasonic sensors are used, for example, in driver assistance systems, such as parking systems, for distance measurement.
  • distance measurement the transit time between the emission of an ultrasound signal and the reception of the ultrasound signal reflected by an object or obstacle in the environment is determined.
  • the interest is particularly such ultrasonic sensors, which are arranged hidden behind a component. Under a concealed Verbau in this context is to be understood in particular that a membrane of the
  • Ultrasonic sensor is attached directly to the inside of the component.
  • the component may be a vehicle outer skin, for example a door panel or a part of the tailgate, a structural component, a body component or the like.
  • the attachment of the ultrasonic sensor can be made via an adhesive connection or by a mechanical bias.
  • an intermediate element for example a coupling pad or a damping element, to be arranged between the membrane of the ultrasound sensor and the component.
  • the ultrasonic sensors are installed behind the component, they have no direct interface to the air. When emitting the ultrasonic signal, a part of the component or the structure to the transmitter of the ultrasonic signal to the air. This means that the component is excited to vibrate.
  • the Ultrasonic sensor or a membrane of the ultrasonic sensor of the non-oscillating parts such as a housing of the ultrasonic sensor and / or a holder for attaching the ultrasonic sensor to the component to mechanically decouple. In general, this is not possible, so that the performance of the ultrasonic sensor with respect to the prevention of the detection of apparent obstacles greatly decreases.
  • Each ultrasonic signal which is emitted by the ultrasonic sensor spreads not only on the desired air path, but also by the coupling of the ultrasonic sensor to the component via unwanted structure-borne sound paths. Just like the airborne sound, these sound pulses are on
  • Impedance gradients can make of structure-borne sound paths, the shoring can be realized behind the component only by additional introduction of strong damping elements or damping elements.
  • damping elements which are made of butyl rubber. These damping elements bring a high additional mass in the system, but this is undesirable, for example, in motor vehicles.
  • Evaluation of the received signal which describes the reflected ultrasonic signal, are taken into account.
  • corresponding time ranges of the received signal can be omitted in the evaluation in which the echoes of the body sound paths are usually present.
  • DE 10 2015 106 400 A1 describes a sensor arrangement for detecting a condition of a roadway with a sensor device, which is designed to detect an impingement of water on a Radlaufverposed of the motor vehicle.
  • the sensor arrangement comprises a first and a second
  • Ultrasonic sensor which are each designed to receive an ultrasonic signal and detect the impact of water on the Radlaufverposed.
  • the second ultrasound sensor may be configured to detect a structure-borne noise signal which propagates from the first to the second ultrasound sensor as a result of the emission of the ultrasound signal by means of the first ultrasound sensor.
  • a dirty condition of the Radlaufverconstru can be determined. It is an object of the present invention to provide a solution as concealed ultrasonic sensors can be operated reliably.
  • a corresponding ultrasonic sensor device a corresponding
  • Covering arrangement and a corresponding motor vehicle are provided.
  • This object is achieved by a method by a
  • Ultrasonic sensor device solved by a trim assembly and by a motor vehicle with the features according to the respective independent claims.
  • Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.
  • Transmitted ultrasonic signal wherein for emitting the ultrasonic signal preferably a membrane of the ultrasonic sensor is excited at a first frequency.
  • the reflected ultrasonic signal is received in particular.
  • a received signal is preferably determined which in particular describes the received ultrasonic signal.
  • amplitudes of the received signal are preferably determined. In this case, provision is made in particular for the diaphragm of the ultrasound sensor to be excited to emit the ultrasound signal with at least one second frequency.
  • a proportion of the received signal is detected on the basis of the amplitudes, which preferably originates from a reflection of the ultrasonic signal within the component.
  • a method according to the invention serves for operating an ultrasound sensor concealed behind a component of a motor vehicle. This is a
  • An ultrasonic signal emitted wherein for emitting the ultrasonic signal, a membrane of the ultrasonic sensor is excited at a first frequency.
  • the reflected ultrasonic signal is received.
  • a received signal is determined, which describes the received ultrasonic signal, wherein for evaluating the received signal, amplitudes of the received signal are determined. It is provided that the membrane of the ultrasonic sensor for emitting the
  • Ultrasonic signal is excited with at least a second frequency and the amplitudes of a portion of the received signal is detected, which comes from a reflection of the ultrasonic signal within the component.
  • the ultrasonic sensor is to be operated, which is arranged concealed behind the component.
  • the component may be, for example, a bumper, a body panel, a Popebeplankungsteil, a Radlaufverposition, a fender or the like.
  • the component may also be a structural component.
  • the component may be a sill, a part of the floor assembly or a flap.
  • the ultrasonic sensor comprises the membrane, which may for example be formed from a metal and may be cup-shaped.
  • Ultrasonic sensor can be held on the component, so that the membrane
  • the ultrasonic sensor or a diaphragm bottom of the ultrasonic sensor is connected to the component.
  • objects are to be detected in the surrounding area of the motor vehicle and, in particular, a distance between them should be detected
  • the distance can be determined on the basis of the transit time between the emission of the ultrasound signal and the reception of the ultrasound signal reflected by the object.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is excited to mechanical vibrations.
  • at least a portion of the component is excited to vibrate, which are then transmitted to the air.
  • the ultrasound signal reflected by the object initially strikes the component again and is transmitted to the membrane. Based on the vibration of the membrane can then be determined, the received signal, which describes the reflected ultrasonic signal.
  • the membrane of the ultrasonic sensor with the first frequency and the at least one second frequency is excited.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is excited at a single defined frequency. This frequency may, for example, correspond to the resonant frequency of the membrane.
  • the membrane should now also be excited to oscillate with at least a second frequency.
  • the membrane is excited simultaneously with the first frequency and the at least one second frequency.
  • the first frequency differs from the second frequency.
  • Frequency components originating from the first frequency and frequency components derived from the second frequency are determined. Preferably, based on the
  • Frequency components or the amplitudes thereof are then checked whether the Receiving signal includes reflections of the ultrasonic signal within the component.
  • the ultrasound signal which is transmitted from the diaphragm to the component, can be reflected within the component and returned to the diaphragm.
  • relevant echoes from airborne sound paths are to be distinguished from irrelevant echoes from structure-borne sound paths.
  • the present invention is the
  • Transfer function of the medium which transmits the ultrasonic signal to be determined.
  • Ultrasonic signal which come from structure-borne sound paths are reliably detected. In this way it can be prevented that these signal components are detected as objects in the environment. This allows a total reliable operation of the ultrasonic sensor.
  • the amplitudes of a frequency spectrum of the received signal are determined and / or the received signal is filtered to determine the amplitudes. From the received signal, a frequency spectrum can first be determined and then the amplitudes can be determined from this. It can also be provided that the frequency or another measure of the
  • Receiving signal is determined by means of a corresponding filter.
  • a bandpass filter or a correlation filter can be used.
  • the amplitudes for the first frequency and for the at least one second frequency are preferably determined. It is therefore provided that the signal processing with respect to the echo or the received signal in the ultrasonic sensor is carried out so that the analysis is carried out not only in a frequency band, but in at least one other frequency band. In particular, the amplitude of the
  • Receive signal which comes from a reflection of the ultrasonic signal in the component, the amplitudes are compared with predetermined reference amplitudes and / or that a ratio of the amplitudes is determined.
  • the predetermined ones are compared with predetermined reference amplitudes and / or that a ratio of the amplitudes is determined.
  • Reference amplitudes may, for example, describe typical amplitudes for the first and the at least one second frequency of the received signal, which originate from real objects in the surroundings of the motor vehicle.
  • predetermined reference amplitudes may be used which describe the amplitudes for the first and the at least one second frequency of the received signal, which of
  • Structure-borne sound reflections originate within the component.
  • These environmental conditions may for example describe the temperature and / or the humidity in the surrounding area of the motor vehicle. These environmental conditions affect the
  • the predetermined reference amplitudes with which the amplitudes are compared can be determined as a function of the current environmental conditions. It can also be provided that the current environmental conditions are taken into account when evaluating the ratio of the amplitudes. Thus, the received signal can reliably depend on the current one
  • the at least one second frequency with which the membrane is excited is greater than the first frequency. It has been found that the transfer functions of the reflected ultrasound signal differ from one another, especially in the region of higher frequencies. This is due, for example, to the fact that higher frequencies or the second frequency are more damped during the transmission via the air than in the structure-borne sound transmission in the component.
  • the damping is dependent on the material and the geometric design of the component.
  • the first frequency may be in the range of 50 kHz.
  • the second frequency may be in a range greater than 50 kHz. This allows easy and reliable detection of the
  • the first frequency and the at least one second frequency are determined in such a way that the first frequency and the at least one second frequency are excited respective vibration modes of the diaphragm.
  • the first frequency can, for example, be chosen such that it corresponds to the resonance frequency of the membrane. By the first frequency, therefore, a first vibration mode of the membrane can be excited.
  • the at least one second frequency may be associated with a higher harmonic or a higher vibration mode of the membrane. In this way, the excitation of the membrane can be made possible with the at least one second frequency with little need of electrical energy.
  • appreciable amplitudes with respect to the oscillation of the membrane can be achieved for the at least one second frequency.
  • the membrane is excited with an excitation signal which comprises a first frequency band having the first frequency and at least a second frequency band having the at least one second frequency.
  • the excitation signal with which the membrane is excited may include a first frequency band associated with the first frequency and a second frequency band associated with the at least one second frequency.
  • the membrane may be excited with an excitation signal comprising a single frequency band at the first frequency and at least one second frequency.
  • the ultrasonic signal can thus in the form of a wide
  • Frequency band are sent out.
  • different frequencies can be excited and in the detection of
  • the frequency modulated signal may be a linear or a nonlinear chirp signal.
  • a chip or such a Chrip signal is characterized in that the frequency of the signal in dependence changed by the time.
  • Such a chirp signal can have a uniformly distributed amplitude spectrum and thus offers the possibility of a targeted
  • the amplitude of the chirp signal can be used as a design parameter for the application.
  • such an ultrasonic signal in the form of a chip signal requests the possibility of an increase in the signal-to-noise ratio by means of pulse compression methods.
  • the excitation signal in the form of a time-varying
  • This electrical voltage can be provided. This electrical voltage can be applied to a transducer element, for example a piezoelectric element, which is connected to the membrane of the ultrasonic sensor.
  • the proportion of the received signal which originates from a reflection of the ultrasonic signal in the component is recognized, the proportion in the case of recognition of an object in a surrounding area of the motor vehicle remains unconsidered.
  • the proportion can thus be disregarded or not considered in the evaluation of the received signal.
  • the proportion or proportions of the received signal, which originate from the reflections of structure-borne noise can be masked out.
  • the detection of apparent obstacles can be reliably prevented.
  • An inventive ultrasonic sensor device for a motor vehicle comprises a control device and at least one ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor device is for carrying out a method according to the invention and the advantageous
  • the control unit is connected to the data transmission with the at least one ultrasonic sensor.
  • the excitation signal with which the membrane or the transducer element of the ultrasonic sensor is excited, can be provided.
  • the received signal which describes the vibration of the membrane upon receiving the reflected ultrasonic signal, can also be provided. This can then be transmitted from the ultrasonic sensor to the control unit.
  • the ultrasonic sensor device comprises a plurality of
  • ultrasonic sensors Includes ultrasonic sensors. These ultrasonic sensors can then be distributed to the motor vehicle.
  • a trim arrangement according to the invention for a motor vehicle comprises an ultrasonic sensor device according to the invention.
  • the trim assembly may further a holding device, by means of which the ultrasonic sensor is held on the component or covering part.
  • the lining arrangement does not comprise a damping element for damping the transmission of vibrations from the ultrasonic sensor to the component. This can be used to save components.
  • the component is designed as a bumper, as Jardinbeplankungsteil a door and / or as Radhausverposed.
  • the component may be a part of the body or a structural component.
  • the at least one ultrasonic sensor can be arranged, for example, concealed behind the bumper of the motor vehicle. This is useful, for example, if the ultrasonic sensor device is part of a parking aid system of the
  • the at least one ultrasonic sensor can also be installed concealed behind a door or a part of the door of the motor vehicle.
  • objects in a swivel range of the door can be detected and the distance to the objects can be determined.
  • This is suitable for driver assistance systems in the form of door opening assistants, which warn when the door is opened when an object is in the swivel area.
  • a further embodiment provides that the at least one ultrasonic sensor is arranged concealed behind a Radlaufverrang. This is suitable if the at least one ultrasonic sensor is used for wet detection. In this case, with the at least one ultrasonic sensor
  • the at least one ultrasonic sensor can also be arranged concealed behind other components of the motor vehicle.
  • a motor vehicle according to the invention comprises an inventive
  • the motor vehicle is preferably designed as a passenger car. It can also be provided that the motor vehicle is designed as a commercial vehicle. In the intended installation position of
  • the at least one ultrasonic sensor is arranged on a rear side of the component. This means that a viewer, who is standing in front of the motor vehicle, can not visually perceive the ultrasonic sensor.
  • Embodiments and their advantages apply correspondingly for the ultrasonic sensor device according to the invention, the trim arrangement according to the invention and for the motor vehicle according to the invention.
  • Fig. 2 shows an ultrasonic signal according to the prior art, which with the
  • Ultrasonic sensors is emitted, as a function of time
  • FIG. 3 shows a frequency spectrum of the reflected ultrasonic signal according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows an ultrasonic signal according to an embodiment of the invention, which is transmitted with the ultrasonic sensors;
  • FIG. 5 shows a frequency spectrum of the reflected ultrasonic signal according to FIG. 4
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the invention in a plan view.
  • the motor vehicle 1 is presently designed as a passenger car.
  • the motor vehicle 1 comprises a driver assistance system 2 for assisting a driver during operation of the motor vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 comprises a
  • the cladding arrangement 3 in turn comprises a
  • the trim assembly 3 comprises a component 5.
  • the component 5 is formed in each case by a predominantlybeplankungsteil 6 of the respective doors 7 of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensor device 4 comprises at least one ultrasonic sensor 8.
  • the ultrasonic sensor device 4 comprises four ultrasonic sensors 8, wherein each door 7 of the motor vehicle 1 is assigned an ultrasonic sensor 8.
  • the number and arrangement of the respective ultrasonic sensors 8 is to be understood purely by way of example. In this case, the ultrasonic sensors 8 are concealed behind the component 5 or the outer paneling part 6.
  • Ultrasonic sensor device 4 further comprises an electronic control unit 9 which is connected to the respective ultrasonic sensors 8 for data transmission.
  • an ultrasonic signal 1 1 is emitted with the respective ultrasonic sensors 8.
  • the reflected from the object 10 ultrasonic signal 1 1 again with the
  • Ultrasonic sensors 8 received.
  • the object 10 is located in a swivel range of the front left door 7 or the driver's door. If it is detected by means of the ultrasonic sensor device 4 that the object 10 is located in the swivel range of the door 7, by means of the driver assistance system 2 a corresponding warning signal to an occupant of the motor vehicle 1 are issued. It can also be provided that an actuator of the driver assistance system 2 is actuated, which limits an opening movement of the door 7 as a function of the position of the object 10. Thus, a collision between the door 7 and the object 10 when opening the door 7 can be prevented.
  • the ultrasonic sensors 8 are arranged behind the component 5 or the outer paneling part 6 of the door 7. This means that the component 5 is excited to vibrate when transmitting the ultrasonic signal 1 1 with the ultrasonic sensor 8.
  • structure-borne noise can propagate within the component 5. This structure-borne sound can be reflected within the component 5 and back to the
  • Ultrasonic sensor 8 are transmitted. This reflection of structure-borne noise can now be misinterpreted as an echo of the ultrasonic signal originating from an object 10.
  • FIG. 2 shows a time profile of an ultrasonic signal 1 1 according to the prior art, which is emitted with an ultrasonic sensor 8.
  • the time t is plotted on the abscissa and an amplitude P is plotted on the ordinate.
  • a membrane of the ultrasonic sensor 8 is excited by means of a transducer element to mechanical vibrations.
  • a time-varying electrical voltage is applied to the transducer element.
  • the amplitude P of the ultrasonic signal 1 1 initially increases in dependence on the time t. This is due to the fact that the membrane of the ultrasonic sensor 8 is excited by the transducer element to vibrate. After that takes the
  • Amplitude P of the ultrasonic signal 1 1 again. The reason for this is that the membrane is no longer excited by the transducer element to vibrate and the membrane swings.
  • the ultrasound signal 1 1 is emitted by means of the ultrasound sensor 8 and the reflected ultrasound signal 1 1 or the echo is subsequently received by the ultrasound sensor 8.
  • a received signal is determined, which describes the reflected ultrasonic signal 1 1.
  • Fig. 3 shows the frequency spectrum 12 and the amplitude spectrum to the reflected ultrasonic signal 1 1 of FIG. 2. In this case, the abscissa on the frequency f and on the ordinate the
  • the reflected ultrasonic signal has a first frequency f 1.
  • This first frequency f 1 is assigned a first amplitude A1.
  • the first frequency f 1 can for example, in the range of about 50 kHz and correspond to a resonant frequency of the membrane. In the amplitude spectrum, the narrow frequency band can be seen, which is assigned to this first frequency f 1.
  • Ultrasound signal 1 1 in addition to the first frequency f 1 and a second frequency f2.
  • the second frequency f2 may, for example, correspond to a higher harmonic or another vibration mode of the membrane.
  • the first frequency f1 and the second frequency f2 can be clearly seen in FIG. 5, which shows the frequency spectrum 12 or the amplitude spectrum of the reflected ultrasonic signal 1 1 according to FIG. 4.
  • the first frequency f1 is assigned the first amplitude A1 in the frequency spectrum 12 and the second frequency f2 is assigned a second amplitude A2 in the frequency spectrum 12.
  • the first amplitude A1 and the second amplitude A2 can be compared with previously determined reference amplitudes. Thus, it can be determined whether the reflected ultrasonic signal 1 1 or the received signal, the reflection of the
  • Ultrasonic signal 1 1 on the object 10 in the surrounding area 1 1 describes or whether the received signal or parts thereof describe a reflection of the ultrasonic signal 1 1 within the component 5. If it is detected that the proportion of the received signal comes from the reflection of the ultrasonic signal 1 1 within the component 5, this portion can not be taken into account or hidden in the recognition of the object 10.
  • the emitted ultrasonic signal 11 has two narrow frequency bands.
  • the emitted ultrasonic signal 1 1 has a wide frequency band, which comprises the first frequency f1 and the second frequency f2.
  • the emitted ultrasonic signal 1 1 is emitted as a chirp signal, wherein the chirp signal comprises the first frequency f 1 and the second frequency f2.
  • the procedure described above is basically suitable for concealed ultrasonic sensors 8.
  • the ultrasonic sensors 8 can also be arranged behind other components 5.
  • the ultrasonic sensors 8 can be arranged behind the bumper of the motor vehicle 1. This is suitable for the use of the ultrasonic sensors 8 in driver assistance systems 2, which as Parking assistance systems are formed. It can also be provided that the
  • Ultrasonic sensors 8 are arranged behind a Radlaufverposition. Thus it can be detected with the ultrasonic sensors 8 water, which is located on the road and which is thrown by the rotating tires on the Radlaufverposition. This is suitable for applications of the ultrasonic sensors 8 in a driver assistance system 2 only wet detection on the road.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil (5) eines Kraftfahrzeugs (1) verbauten Ultraschallsensors (8), bei welchem ein Ultraschallsignal (11) ausgesendet wird, wobei zum Aussenden des Ultraschallsignals (11) eine Membran des Ultraschallsensors (8) mit einer ersten Frequenz (f1) angeregt wird, das reflektierte Ultraschallsignal (11) empfangen wird, und ein Empfangssignal bestimmt wird, welches das empfangene Ultraschallsignal (11) beschreibt, wobei zum Auswerten des Empfangssignals Amplituden (A1, A2) des Empfangssignals bestimmt werden, wobei die Membran des Ultraschallsensors (8) zum Aussenden des Ultraschallsignals (11) mit zumindest einer zweiten Frequenz (f2) angeregt wird und anhand der Amplituden (A1, A2) ein Anteil des Empfangssignals erkannt wird, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals (11) innerhalb des Bauteils (5) stammt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbauten Ultraschallsensors mit Auswertung von Frequenzen eines Empfangssignals, Ultraschallsensorvorrichtung, Verkleidungsanordnung sowie Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbauten Ultraschallsensors, bei welchem ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, wobei zum Aussenden des Ultraschallsignals eine Membran des Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz angeregt wird, das reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird, und ein Empfangssignal bestimmt wird, welches das empfangene Ultraschallsignal beschreibt, wobei zum Auswerten des Empfangssignals Amplituden des Empfangssignals bestimmt werden. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Verkleidungsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Derartige Ultraschallsensoren werden beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen, wie Parksystemen, zur Distanzmessung verwendet. Zur Distanzmessung wird die Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Ultraschallsignals und dem Empfangen des von einem Objekt beziehungsweise Hindernis in der Umgebung reflektierten Ultraschallsignals bestimmt. Vorliegend gilt das Interesse insbesondere derartigen Ultraschallsensoren, welche verdeckt hinter einem Bauteil angeordnet sind. Unter einem verdeckten Verbau ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass eine Membran des
Ultraschallsensors direkt an die Innenseite des Bauteils angebracht ist. Bei dem Bauteil kann es sich um eine Fahrzeugaußenhaut, beispielsweise ein Türblechs oder einen Teil der Heckklappe, um ein Strukturbauteil, ein Karosseriebauteil oder dergleichen handeln. Die Befestigung des Ultraschallsensors kann über eine Klebeverbindung oder durch eine mechanische Vorspannung erfolgen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass zwischen der Membran des Ultraschallsensors und dem Bauteil ein Zwischenelement, beispielsweise ein Koppelpad oder ein Dämpfungselement, angeordnet ist.
Falls die Ultraschallsensoren verdeckt hinter dem Bauteil angebracht werden, weisen diese keine direkte Schnittstelle zur Luft auf. Beim Aussenden des Ultraschallsignals wird ein Teil des Bauteils beziehungsweise der Struktur zum Überträger des Ultraschallsignals an die Luft. Dies bedeutet, dass das Bauteil zu Schwingungen angeregt wird. Um die Erkennung von Scheinhindernissen zu vermeiden, ist es wünschenswert, den Ultraschallsensor beziehungsweise eine Membran des Ultraschallsensors von den nicht schwingenden Teilen, beispielsweise einem Gehäuse des Ultraschallsensors und/oder einem Halter zum Befestigen des Ultraschallsensors an dem Bauteil, mechanisch zu entkoppeln. In aller Regel ist dies nicht möglich, sodass die Leistungsfähigkeit des Ultraschallsensors bezüglich der Verhinderung der Detektion von Scheinhindernissen stark abnimmt. Jedes Ultraschallsignal, welches mit dem Ultraschallsensor ausgesendet wird, breitet sich nicht nur über den gewünschten Luftpfad aus, sondern durch die Kopplung des Ultraschallsensors an das Bauteil zusätzlich auch über unerwünschte Körperschallpfade. Genau wie der Luftschall werden diese Schallpulse an
Impedanzgradienten reflektiert und vom Ultraschallsensor als Echo detektiert.
Da Ultraschallsensoren nach dem Stand der Technik keine Trennung zwischen Echos von relevanten Hindernissen über den Luftpfad und Echos von irrelevanten
Impedanzgradienten aus Körperschallpfaden vornehmen können, lässt sich der Verbau hinter dem Bauteil nur durch zusätzliche Einbringung von stark dämpfenden Elementen beziehungsweise Dämpfungselementen realisieren. Beispielweise ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Dämpfungselemente, welche aus Butylkautschuk gefertigt sind, zu verwenden. Diese Dämpfungselemente bringen eine hohe Zusatzmasse in das System ein, was aber beispielsweise bei Kraftfahrzeugen unerwünscht ist. Als weitere Maßnahme können die Reflexionen des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils durch die
Auswertung des Empfangssignals, welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, berücksichtigt werden. Hier können beispielsweise entsprechende Zeitbereiche des Empfangssignals bei der Auswertung ausgespart werden, in denen die Echos der Köperschallpfade üblicherweise vorhanden sind. Dies führt aber zu Blindbereichen des Ultraschallsensors, die in aller Regel im Nahbereich und damit im besonderen
Einsatzbereich der verdeckten Ultraschallsensoren liegen.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2015 106 400 A1 eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mit einer Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Die Sensoranordnung umfasst einen ersten und einen zweiten
Ultraschallsensor, welche jeweils dazu ausgelegt sind, ein Ultraschallsignal zu empfangen und das Auftreffen von Wasser auf die Radlaufverkleidung zu erfassen. Der zweite Ultraschallsensor kann dazu ausgelegt sein, ein Körperschallsignal, welches sich infolge des Aussendens des Ultraschallsignals mittels des ersten Ultraschallsensors von dem ersten zu dem zweiten Ultraschallsensor ausbreitet, zu erfassen. Darüber hinaus kann ein verschmutzter Zustand der Radlaufverkleidung bestimmt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie verdeckt verbaute Ultraschallsensoren zuverlässiger betrieben werden können. Darüber hinaus sollen eine entsprechende Ultraschallsensorvorrichtung, eine entsprechende
Verkleidungsanordnung sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine
Ultraschallsensorvorrichtung, durch eine Verkleidungsanordnung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbauten Ultraschallsensors wird ein
Ultraschallsignal ausgesendet, wobei zum Aussenden des Ultraschallsignals bevorzugt eine Membran des Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz angeregt wird. Darüber hinaus wird das reflektierte Ultraschallsignal insbesondere empfangen. Des Weiteren wird bevorzugt ein Empfangssignal bestimmt, welches insbesondere das empfangene Ultraschallsignal beschreibt. Zum Auswerten des Empfangssignals werden bevorzugt Amplituden des Empfangssignals bestimmt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Membran des Ultraschallsensors zum Aussenden des Ultraschallsignals mit zumindest einer zweiten Frequenz angeregt wird. Des Weiteren wird anhand der Amplituden insbesondere ein Anteil des Empfangssignals erkannt, welcher bevorzugt von einer Reflexion des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils stammt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbauten Ultraschallsensors. Dabei wird ein
Ultraschallsignal ausgesendet, wobei zum Aussenden des Ultraschallsignals eine Membran des Ultraschallsensors mit einer ersten Frequenz angeregt wird. Zudem wird das reflektierte Ultraschallsignal empfangen. Ferner wird ein Empfangssignal bestimmt, welches das empfangene Ultraschallsignal beschreibt, wobei zum Auswerten des Empfangssignals Amplituden des Empfangssignals bestimmt werden. Dabei ist es vorgesehen, dass die Membran des Ultraschallsensors zum Aussenden des
Ultraschallsignals mit zumindest einer zweiten Frequenz angeregt wird und anhand der Amplituden ein Anteil des Empfangssignals erkannt wird, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils stammt. Mithilfe des Verfahrens soll der Ultraschallsensor betrieben werden, welcher verdeckt hinter dem Bauteil angeordnet ist. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Stoßfänger, ein Karosserieblech, ein Außenbeplankungsteil, eine Radlaufverkleidung, einen Kotflügel oder dergleichen handeln. Bei dem Bauteil kann es sich auch um ein Strukturbauteil handeln. Das Bauteil kann ein Schweller, ein Teil der Bodengruppe oder eine Klappe sein. Der Ultraschallsensor umfasst die Membran, welche beispielsweise aus einem Metall gebildet sein kann und topfförmig ausgebildet sein kann. Der
Ultraschallsensor kann an dem Bauteil gehalten sein, sodass die Membran
beziehungsweise ein Membranboden des Ultraschallsensors mit dem Bauteil verbunden ist. Mithilfe des Ultraschallsensors sollen Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden und insbesondere soll ein Abstand zwischen dem
Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden. Der Abstand kann anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals bestimmt werden. Zum Aussenden des Ultraschallsignals beziehungsweise eines Ultraschallpulses wird die Membran des Ultraschallsensors zu mechanischen Schwingungen angeregt. Hierdurch wird auch zumindest ein Bereich des Bauteils zu Schwingungen angeregt, welche dann an die Luft übertragen werden. Das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal trifft zunächst wieder auf das Bauteil auf und wird an die Membran übertragen. Anhand der Schwingung der Membran kann dann das Empfangssignal bestimmt werden, welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zum Aussenden des Ultraschallsignals die Membran des Ultraschallsensors mit der ersten Frequenz und der zumindest einen zweiten Frequenz angeregt wird. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Membran des Ultraschallsensors mit einer einzigen definierten Frequenz angeregt wird. Diese Frequenz kann beispielsweise der Resonanzfrequenz der Membran entsprechen. Vorliegend soll nun die Membran zusätzlich mit zumindest einer zweiten Frequenz zum Schwingen angeregt werden. Insbesondere wird die Membran gleichzeitig mit der ersten Frequenz und der zumindest einen zweiten Frequenz angeregt. Dabei unterscheidet sich die erste Frequenz von der zweiten Frequenz. Auf Grundlage des Empfangssignals wird dann überprüft, ob das Empfangssignal oder zumindest ein Teil davon von Reflexionen des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils stammt. Insbesondere werden in dem Empfangssignal
Frequenzanteile, welche von der ersten Frequenz stammen, und Frequenzanteile, welche von der zweiten Frequenz stammen, bestimmt. Bevorzugt kann anhand der
Frequenzanteile beziehungsweise der Amplituden davon dann überprüft werden, ob das Empfangssignal Reflexionen des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils beinhaltet. Im Betrieb des verdeckt verbauten Ultraschallsensors kann das Ultraschallsignal, welches von der Membran an das Bauteil übertragen wird, innerhalb des Bauteils reflektiert werden und wieder zurück zu der Membran gelangen.
Vorliegend sollen relevante Echos aus Luftschallpfaden von irrelevanten Echos aus Körperschallpfaden unterschieden werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die
Erkenntnis zugrunde, dass dies anhand der Frequenzen des Empfangssignals ermöglicht werden kann. Sowohl die Reflexionen des Ultraschallsignals in der Umgebung, welche über Luft übertragen werden, als auch die Reflexionen innerhalb des Bauteils können durch Mehrfachreflexionen geprägt sein. Dadurch eignen sich als
Unterscheidungsmerkmal dieser Pfade weder die Phase noch die zeitliche Dauer des Empfangssignals beziehungsweise des Echopulses. Durch die Frequenzanteile der ersten Frequenz und/oder der Frequenz in dem Empfangssignals kann eine
Übertragungsfunktion des Mediums, welches das Ultraschallsignal überträgt, bestimmt werden. Somit können Anteile des Empfangssignals, welche die Reflexionen des
Ultraschallsignals, welche von Körperschallpfaden stammen, zuverlässig erkannt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass diese Signalanteile als Objekt in der Umgebung erkannt werden. Dies ermöglicht insgesamt einen zuverlässigen Betrieb des Ultraschallsensors.
In einer Ausführungsform werden die Amplituden von einem Frequenzspektrum des Empfangssignals bestimmt werden und/oder das Empfangssignal wird zum Bestimmen der Amplituden gefiltert. Von dem Empfangssignal kann zunächst ein Frequenzspektrum bestimmt werden und anschließend können hieraus die Amplituden ermittelt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Frequenz oder ein anderes Maß des
Empfangssignals mittels eines entsprechenden Filters bestimmt wird. Hierzu kann ein Bandpassfilter oder ein Korrelationsfilter verwendet werden.
Bevorzugt werden die Amplituden für die erste Frequenz und für die zumindest eine zweite Frequenz bestimmt. Es ist also vorgesehen, dass die Signalverarbeitung bezüglich des Echos beziehungsweise des Empfangssignals im Ultraschallsensor so durchgeführt wird, dass die Analyse nicht nur in einem Frequenzband erfolgt, sondern in mindestens einem weiteren Frequenzband. Insbesondere werden die Amplitude des
Frequenzspektrums im Bereich der ersten Frequenz und die Amplitude des
Frequenzspektrums im Bereich der zweiten Frequenz bestimmt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zum Erkennen des Anteils des
Empfangssignals, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals in dem Bauteil stammt, die Amplituden mit vorbestimmten Referenzamplituden verglichen werden und/oder dass ein Verhältnis der Amplituden bestimmt wird. Die vorbestimmten
Referenzamplituden können beispielsweise typische Amplituden für die erste und die zumindest eine zweite Frequenz des Empfangssignals beschreiben, welche von realen Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammen. Zudem können vorbestimmte Referenzamplituden verwendet werden, welche die Amplituden für die erste und die zumindest eine zweite Frequenz des Empfangssignals beschreiben, welche von
Körperschallreflexionen innerhalb des Bauteils stammen. Durch den Vergleich der Amplituden in dem zumindest zwei Frequenzbereichen und den Abgleich mit hinterlegten Werten oder mit hinterlegten Übertragungsfunktionen lässt sich dann eine Aussage über den Transferpfad des reflektierten Ultraschallsignals treffen. Auf diese Weise können beispielsweise irrelevante Echos beziehungsweise Signalanteile, die von der Reflexion des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils stammen, ausgeblendet werden.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zum Erkennen des Anteils des
Empfangssignals, welcher von der Reflexion des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils stammt, aktuelle Umweltbedingungen, welche einen Umgebungsbereich des
Kraftfahrzeugs beschreiben, bestimmt werden. Diese Umweltbedingungen können beispielsweise die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs beschreiben. Diese Umweltbedingungen wirken sich auf die
Übertragung des Ultraschallsignals in der Luft aus. Ferner können sich die
Umweltbedingungen auf die Übertragung des Ultraschallsignals innerhalb des Bauteils auswirken. Die vorbestimmten Referenzamplituden, mit denen die Amplituden verglichen werden, können in Abhängigkeit von den aktuellen Umweltbedingungen bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei der Auswertung des Verhältnisses der Amplituden die aktuellen Umweltbedingungen berücksichtigt werden. Somit kann das Empfangssignal auf zuverlässige Weise in Abhängigkeit von den aktuellen
Umweltbedingungen überprüft werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine zweite Frequenz, mit welcher die Membran angeregt wird, größer als die erste Frequenz. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Übertragungsfunktionen des reflektierten Ultraschallsignals insbesondere im Bereich höherer Frequenzen voneinander unterscheiden. Dies ist beispielsweise dadurch begründet, dass höhere Frequenzen beziehungsweise die zweite Frequenz bei der Übertragung über die Luft mehr gedämpft wird als bei der Körperschallübertragung in dem Bauteil. Dabei ist die Dämpfung abhängig von dem Material und der geometrischen Ausgestaltung des Bauteils. Die erste Frequenz kann beispielsweise im Bereich von 50 kHz liegen. Die zweite Frequenz kann in einem Bereich, welcher größer als 50 kHz ist, liegen. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Erkennung der
Übertragungsfunktion.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste Frequenz und die zumindest eine zweite Frequenz, derart bestimmt werden, dass die erste Frequenz und die zumindest eine zweite Frequenz jeweilige Schwingungsmoden der Membran angeregt werden. Die erste Frequenz kann beispielsweise so gewählt werden, dass diese der Resonanzfrequenz der Membran entspricht. Durch die erste Frequenz kann also eine erste Schwingungsmode der Membran angeregt werden. Die zumindest eine zweite Frequenz kann einer höheren Harmonischen beziehungsweise einer höheren Schwingungsmode der Membran zugeordnet sein. Auf diese Weise kann die Anregung der Membran mit der zumindest einen zweiten Frequenz mit geringem Bedarf von elektrischer Energie ermöglichte werden. Zudem können nennenswerte Amplituden bezüglich der Schwingung der Membran für die zumindest eine zweite Frequenz erreicht werden.
In einer Ausführungsform wird die Membran mit einem Anregungssignal angeregt, welches ein erstes Frequenzband mit der ersten Frequenz und zumindest ein zweites Frequenzband mit der zumindest einen zweiten Frequenz umfasst. Das Anregungssignal, mit welchem die Membran angeregt wird, kann ein erstes Frequenzband, welches der ersten Frequenz zugeordnet ist, und ein zweites Frequenzband, welches der zumindest einen zweiten Frequenz zugeordnet ist, umfassen.
Alternativ dazu kann die Membran mit einem Anregungssignal angeregt werden, welches ein einziges Frequenzband mit der ersten Frequenz und mit der zumindest einen zweiten Frequenz umfasst. Das Ultraschallsignal kann also in Form eines weiten
Frequenzverbandes ausgesendet werden. Durch diese breitbandige Anregung können unterschiedliche Frequenzen angeregt werden und bei der Erkennung der
Körperschallpfade genutzt werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird ein frequenzmoduliertes Signal
ausgesendet, welches die erste Frequenz und die zumindest eine zweite Frequenz umfasst. Bei dem frequenzmodulierten Signal kann es sich um ein lineares oder ein nichtlineares Chirp-Signal handeln. Ein solcher Chip beziehungsweise ein solches Chrip- Signal zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Frequenz des Signals in Abhängigkeit von der Zeit verändert. Ein solches Chirp-Signal kann ein gleichverteiltes Amplitudenspektrum aufweisen und bietet somit die Möglichkeit einer gezielten
Anpassung der Analyse des Transferpfades auf die jeweilige Applikation. Zusätzlich lässt sich die Amplitude des Chirp-Signals als Design-Parameter für die Applikation einsetzen. Zudem bittet ein derartiges Ultraschallsignal in Form eines Chip-Signals die Möglichkeit einer Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist durch Puls-Kompressionsverfahren.
Grundsätzlich kann das Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen
elektrischen Spannung bereitgestellt werden. Diese elektrische Spannung kann an einem Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, angelegt werden, welches mit der Membran des Ultraschallsensors verbunden ist.
Vorzugsweise bleibt, falls der Anteil des Empfangssignals erkannt wird, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals in dem Bauteil stammt, der Anteil bei einer Erkennung eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs unberücksichtigt. Der Anteil kann also bei der Auswertung des Empfangssignals unberücksichtigt bleiben beziehungsweise nicht berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Anteil oder die Anteile des Empfangssignals, welche von den Reflexionen des Körperschalls stammen, ausgeblendet werden. Damit kann die Erkennung von Scheinhindernissen auf zuverlässige Weise verhindert werden.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Steuergerät und zumindest einen Ultraschallsensor. Die Ultraschallsensorvorrichtung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften
Ausgestaltungen davon ausgelegt. Das Steuergerät ist zur Datenübertragung mit dem zumindest einen Ultraschallsensor verbunden. Mithilfe des Steuergeräts kann das Anregungssignal, mit welchem die Membran beziehungsweise des Wandlerelement des Ultraschallsensors angeregt wird, bereitgestellt werden. Mit diesem Wandlerelement kann auch das Empfangssignal, welches die Schwingung der Membran beim Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals beschreibt, bereitgestellt werden. Diese kann dann von dem Ultraschallsensor an das Steuergerät übertragen werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von
Ultraschallsensoren umfasst. Diese Ultraschallsensoren können dann verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden.
Eine erfindungsgemäße Verkleidungsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Die Verkleidungsanordnung kann ferner eine Halteeinrichtung aufweisen, mittels welcher der Ultraschallsensor an dem Bauteil beziehungsweise Verkleidungsteil gehalten ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Verkleidungsanordnung kein Dämpfungselement zum Dämpfen der Übertragung von Schwingungen von dem Ultraschallsensor auf das Bauteil umfasst. Damit können Bauteile eingespart werden.
Bevorzugt ist das Bauteil als Stoßfänger, als Außenbeplankungsteil einer Tür und/oder als Radhausverkleidung ausgebildet. Das Bauteil kann ein Teil der Karosserie oder ein Strukturbauteil sein. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann beispielsweise verdeckt hinter den Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn die Ultraschallsensorvorrichtung Teil eines Parkhilfesystems des
Kraftfahrzeugs ist. In diesem Fall können mit den Ultraschallsensoren Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erkannt werden und die Abstände zu dem Objekt bestimmt werden. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann auch verdeckt hinter einer Tür beziehungsweise einem Teil der Tür des Kraftfahrzeugs eingebaut werden. Somit können Objekte in einem Schwenkbereich der Tür erkannt werden und der Abstand zu den Objekten kann bestimmt werden. Dies eignet sich für Fahrerassistenzsysteme in Form von Türöffnungsassistenten, welche bei einem Öffnen der Tür warnen, wenn sich ein Objekt in dem Schwenkbereich befindet. Ferner kann mit solchen
Fahrerassistenzsystemen ein Öffnungswinkel der Tür in Abhängigkeit von der Position des Objekts begrenzt werden. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der zumindest eine Ultraschallsensor verdeckt hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet wird. Dies eignet sich, wenn der zumindest eine Ultraschallsensor zur Nässedetektion verwendet wird. In diesem Fall kann mit dem zumindest einen Ultraschallsensor
Spritzwasser, welches von der Fahrbahn durch das rotierende Rad auf die
Radlaufverkleidung geschleudert wird, erkannt werden. Grundsätzlich kann der zumindest eine Ultraschallsensor auch verdeckt hinter anderen Bauteilen des Kraftfahrzeugs angeordnet werden.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße
Verkleidungsanordnung. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist. In der bestimmungsgemäßen Einbaulage der
Ultraschallsensorvorrichtung beziehungsweise der Verkleidungsanordnung an dem Kraftfahrzeug ist der zumindest eine Ultraschallsensor auf einer Rückseite des Bauteils angeordnet. Dies bedeutet, dass ein Betrachter, welcher vor dem Kraftfahrzeug steht, den Ultraschallsensor optisch nicht wahrnehmen kann. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, die erfindungsgemäße Verkleidungsanordnung 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: ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches eine Ultraschallsensorvorrichtung mit verdeckt verbauten
Ultraschallsensoren aufweist;
Fig. 2 ein Ultraschallsignal gemäß dem Stand der Technik, welches mit den
Ultraschallsensoren ausgesendet wird, in Abhängigkeit von der Zeit;
Fig. 3 ein Frequenzspektrum des reflektierten Ultraschallsignals gemäß Fig. 2; Fig. 4 ein Ultraschallsignal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches mit den Ultraschallsensoren ausgesendet wird;
Fig. 5 ein Frequenzspektrum des reflektierten Ultraschallsignals gemäß Fig. 4
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2 zum Unterstützen eines Fahrers beim Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 . Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst eine
Verkleidungsanordnung 3. Die Verkleidungsanordnung 3 umfasst wiederum eine
Ultraschallsensorvorrichtung 4. Darüber hinaus umfasst die Verkleidungsanordnung 3 ein Bauteil 5. Vorliegend ist das Bauteil 5 jeweils durch ein Außenbeplankungsteil 6 der jeweiligen Türen 7 des Kraftfahrzeugs 1 gebildet.
Die Ultraschallsensorvorrichtung 4 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 8. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 4 vier Ultraschallsensoren 8, wobei jeder Türen 7 des Kraftfahrzeugs 1 ein Ultraschallsensor 8 zugeordnet ist. Die Anzahl und Anordnung der jeweiligen Ultraschallsensoren 8 ist rein beispielhaft zu verstehen. Dabei sind die Ultraschallsensoren 8 verdeckt hinter dem Bauteil 5 beziehungsweise den Außenbeplankungsteil 6 angeordnet. Die
Ultraschallsensorvorrichtung 4 umfasst ferner ein elektronisches Steuergerät 9, welches zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 8 verbunden ist.
Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Mithilfe der Ultraschallsensorvorrichtung 4 können Objekte 10 in einem
Umgebungsbereich 1 1 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden. Zu diesem Zweck wird mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 8 ein Ultraschallsignal 1 1 ausgesendet. Zudem wird das von dem Objekt 10 reflektierte Ultraschallsignal 1 1 wieder mit den
Ultraschallsensoren 8 empfangen. In dem vorliegenden Beispiel befindet sich das Objekt 10 in einem Schwenkbereich der vorderen linken Tür 7 beziehungsweise der Fahrertür. Falls mithilfe der Ultraschallsensorvorrichtung 4 erkannt wird, dass sich das Objekt 10 in dem Schwenkbereich der Tür 7 befindet, kann mittels des Fahrerassistenzsystems 2 ein entsprechendes Warnsignal an einen Insassen des Kraftfahrzeugs 1 ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Aktor des Fahrerassistenzsystems 2 angesteuert wird, welcher eine Öffnungsbewegung der Tür 7 in Abhängigkeit von der Position des Objekts 10 begrenzt. Somit kann eine Kollision zwischen der Tür 7 und dem Objekt 10 beim Öffnen der Tür 7 verhindert werden.
Vorliegend sind die Ultraschallsensoren 8 verdeckt hinter dem Bauteil 5 beziehungsweise dem Außenbeplankungsteil 6 der Tür 7 angeordnet. Dies bedeutet, dass das Bauteil 5 beim Aussenden des Ultraschallsignals 1 1 mit dem Ultraschallsensor 8 zu Schwingungen angeregt wird. Damit kann sich Körperschall innerhalb des Bauteils 5 ausbreiten. Dieser Körperschall kann innerhalb des Bauteils 5 reflektiert werden und wieder an den
Ultraschallsensor 8 übertragen werden. Diese Reflexion des Körperschalls kann nun fälschlicherweise als Echo des Ultraschallsignals, das von einem Objekt 10 stammt, interpretiert werden.
Fig. 2 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Ultraschallsignals 1 1 gemäß dem Stand der Technik, welches mit einem Ultraschallsensor 8 ausgesendet wird. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate eine Amplitude P aufgetragen. Zum Aussenden des Ultraschallsignals 1 1 wird eine Membran des Ultraschallsensors 8 mithilfe eines Wandlerelements zu mechanischen Schwingungen angeregt. Dazu wird eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung an dem Wandlerelement angelegt. In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die Amplitude P des Ultraschallsignals 1 1 in Abhängigkeit von der Zeit t zunächst zunimmt. Dies ist dadurch begründet, dass die Membran des Ultraschallsensors 8 durch das Wandlerelement zum Schwingen angeregt wird. Danach nimmt die
Amplitude P des Ultraschallsignals 1 1 wieder ab. Der Grund hierfür ist, dass die Membran mittels des Wandlerelements nicht mehr zum Schwingen angeregt und die Membran ausschwingt.
Das Ultraschallsignal 1 1 wird mittels des Ultraschallsensors 8 ausgesendet und das reflektierte Ultraschallsignal 1 1 beziehungsweise das Echo wird anschließend mit dem Ultraschallsensor 8 empfangen. Zudem wird ein Empfangssignal bestimmt, welches das reflektierte Ultraschallsignal 1 1 beschreibt. Fig. 3 zeigt das Frequenzspektrum 12 beziehungsweise das Amplitudenspektrum zu dem reflektierten Ultraschallsignal 1 1 gemäß Fig. 2. Dabei ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die
Amplitude A aufgetragen. Hier ist zu erkennen, dass das Empfangssignal
beziehungsweise das reflektierte Ultraschallsignal eine erste Frequenz f 1 aufweist. Dieser ersten Frequenz f 1 ist eine erste Amplitude A1 zugeordnet. Die erste Frequenz f 1 kann beispielsweise im Bereich von etwa 50 kHz liegen und einer Resonanzfrequenz der Membran entsprechen. In dem Amplitudenspektrum ist das enge Frequenzband zu erkennen, welches dieser ersten Frequenz f 1 zugeordnet ist.
Fig. 4 zeigt ein Ultraschallsignal 1 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches mit den Ultraschallsensoren 8 ausgesendet wird. In diesem Fall weist das
Ultraschallsignal 1 1 neben der ersten Frequenz f 1 auch eine zweite Frequenz f2 auf. Die zweite Frequenz f2 kann beispielsweise einer höheren Harmonischen beziehungsweise einer weiteren Schwingungsmode der Membran entsprechen. Die erste Frequenz f1 und die zweite Frequenz f2 sind deutlich in Fig. 5 zu erkennen, welche das Frequenzspektrum 12 beziehungsweise das Amplitudenspektrum des reflektierten Ultraschallsignals 1 1 gemäß Fig. 4 zeigt. Dabei ist der ersten Frequenz f1 die erste Amplitude A1 in dem Frequenzspektrum 12 zugeordnet und der zweiten Frequenz f2 ist eine zweite Amplitude A2 in dem Frequenzspektrum 12 zugeordnet.
Die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 können mit zuvor bestimmten Referenzamplituden verglichen werden. Somit kann bestimmt werden, ob das reflektierte Ultraschallsignal 1 1 beziehungsweise das Empfangssignal die Reflexion des
Ultraschallsignals 1 1 an dem Objekt 10 in dem Umgebungsbereich 1 1 beschreibt oder ob das Empfangssignal oder Teile davon eine Reflexion des Ultraschallsignals 1 1 innerhalb des Bauteils 5 beschreiben. Wenn erkannt wird, dass der Anteil des Empfangssignals von der Reflexion des Ultraschallsignals 1 1 innerhalb des Bauteils 5 stammt, kann dieser Anteil bei der Erkennung des Objekts 10 nicht berücksichtigt werden beziehungsweise ausgeblendet werden.
Vorliegend weist das ausgesendete Ultraschallsignal 1 1 zwei enge Frequenzbänder auf. Alternativ dazu kann es auch vorgesehen sein, dass das ausgesendete Ultraschallsignal 1 1 ein weites Frequenzband aufweist, welches die erste Frequenz f1 und die zweite Frequenz f2 umfasst. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das ausgesendete Ultraschallsignal 1 1 als Chirp-Signal ausgesendet wird, wobei das Chirp-Signal die erste Frequenz f 1 und die zweite Frequenz f2 umfasst.
Die zuvor beschriebene Vorgehensweise eignet sich grundsätzlich für verdeckt verbaute Ultraschallsensoren 8. Dabei können die Ultraschallsensoren 8 auch hinter anderen Bauteilen 5 angeordnet werden. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 8 hinter den Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden. Dies eignet sich für die Verwendung der Ultraschallsensoren 8 in Fahrerassistenzsystemen 2, welche als Parkhilfesystemen ausgebildet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die
Ultraschallsensoren 8 hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet werden. Damit kann mit den Ultraschallsensoren 8 Wasser, welches sich auf der Fahrbahn befindet und welches von den rotierenden Reifen auf die Radlaufverkleidung geschleudert wird, erkannt werden. Dies eignet sich für Anwendungen der Ultraschallsensoren 8 in einem Fahrerassistenzsystem 2 nur Nässedetektion auf der Fahrbahn.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines verdeckt hinter einem Bauteil (5) eines
Kraftfahrzeugs (1 ) verbauten Ultraschallsensors (8), bei welchem ein
Ultraschallsignal (1 1 ) ausgesendet wird, wobei zum Aussenden des
Ultraschallsignals (1 1 ) eine Membran des Ultraschallsensors (8) mit einer ersten Frequenz (f1 ) angeregt wird, das reflektierte Ultraschallsignal (1 1 ) empfangen wird, und ein Empfangssignal bestimmt wird, welches das empfangene Ultraschallsignal (1 1 ) beschreibt, wobei zum Auswerten des Empfangssignals Amplituden (A1 , A2) des Empfangssignals bestimmt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran des Ultraschallsensors (8) zum Aussenden des Ultraschallsignals (1 1 ) mit zumindest einer zweiten Frequenz (f2) angeregt wird und anhand der
Amplituden (A1 , A2) ein Anteil des Empfangssignals erkannt wird, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals (1 1 ) innerhalb des Bauteils (5) stammt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Amplituden (A1 , A2) von einem Frequenzspektrum (12) des Empfangssignals bestimmt werden und/oder dass das Empfangssignal zum Bestimmen der
Amplituden (A1 , A2) gefiltert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
die Amplituden (A1 , A2) für die erste Frequenz (f 1 ) und für die zumindest eine zweite Frequenz (f2) bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Erkennen des Anteils des Empfangssignals, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals (1 1 ) innerhalb des Bauteils (5) stammt, die Amplituden (A1 , A2) mit vorbestimmten Referenzamplituden verglichen werden und/oder ein Verhältnis der Amplituden (A1 , A2) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Erkennen des Anteils des Empfangssignals, welcher von der Reflexion des Ultraschallsignals (1 1 ) innerhalb des Bauteils (5) stammt, aktuelle
Umweltbedingungen, welche einen Umgebungsbereich (1 1 ) des Kraftfahrzeugs (1 ) beschreiben, bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine zweite Frequenz (f2), mit welcher die Membran angeregt wird, größer als die erste Frequenz (f1 ) ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Frequenz (f1 ) und die zumindest eine zweite Frequenz (f2), derart bestimmt werden, dass durch die erste Frequenz (f1 ) und die zumindest eine zweite Frequenz (f2) jeweilige Schwingungsmoden der Membran angeregt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran mit einem Anregungssignal angeregt wird, welches ein erstes Frequenzband mit der ersten Frequenz (f2) und zumindest ein zweites
Frequenzband mit der zumindest einen zweiten Frequenz (f2) umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran mit einem Anregungssignal angeregt wird, welches ein einziges Frequenzband mit der ersten Frequenz (f1 ) und der zumindest einen zweiten Frequenz (f2) umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran mit einem frequenzmodulierten Signal, welches die erste Frequenz (f1 ) und die zumindest eine zweite Frequenz (f2) umfasst, angeregt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
falls der Anteil des Empfangssignals erkannt wird, welcher von einer Reflexion des Ultraschallsignals (1 1 ) innerhalb des Bauteils (5) stammt, der Anteil bei einer Erkennung eines Objekts (10) in einem Umgebungsbereich (1 1 ) des Kraftfahrzeugs (1 ) unberücksichtigt bleibt.
12. Ultraschallsensorvorrichtung (4) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit einem Steuergerät (9) und zumindest einem Ultraschallsensor (8), wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (4) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
13. Verkleidungsanordnung (3) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Bauteil (5) und mit einer Ultraschallsensorvorrichtung (4) nach Anspruch 12, wobei der zumindest eine Ultraschallsensor (8) der Ultraschallsensorvorrichtung (4) an dem Bauteil (5) angeordnet ist.
14. Verkleidungsanordnung (3) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (5) als Stoßfänger, als Außenbeplankungsteil (6) einer Tür (7) und/oder als Radhausverkleidung ausgebildet ist.
15. Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Verkleidungsanordnung (3) nach Anspruch 13 oder 14.
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