WO2019101515A1 - Echolocation with direction-dependent resonator - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a directional filter according to claim 1, a use of a directional filter according to the invention in an echo locating surroundings detection device of a vehicle according to claim 6, an environment detection device of a vehicle for echolocation of an object in an environment of the vehicle according to claim 7 and a method for localization of an object with a Echo locating environment detecting device of a vehicle according to claim 11.
- Automated driving requires the environment detection of a vehicle.
- Various technologies are known, such as e.g. Camera, lidar and / or radar.
- a disadvantage of the known technologies is the high computational complexity for signal processing.
- the invention has the object to improve the environment detection of objects.
- a directional filter having the features of claim 1, a use of a directional filter according to the invention in an echo locating surroundings detection device of a vehicle having the features of claim 6, an environment detection device having the features of claim 7 and by a method for localization of an object a echo-locating environment detecting device with the features of claim 11.
- the directional filter according to the invention for an echo locating surroundings detection device of a vehicle has a surface with an elevation and / or a depression.
- the elevation and / or the depression each form a resonator.
- a filter is a mechanical or electrical device with which predetermined frequency components can be selected and / or suppressed from a spectrum of a signal. Preferred signal components are amplified by the filter. Unwanted signal components are attenuated or suppressed with the filter.
- a directional filter is a filter that filters a signal direction-selective, that is, depending on the direction of incidence of the signal.
- Echo location refers to the detection of the position and / or type of objects by emitting sound waves or electromagnetic waves and analyzing the waves reflected by the objects. From the running time of the waves, the distance to an object is determined. Likewise, the size of the object can be determined.
- the directional filter from which the waves reflected by the object hit the directional filter can also be determined using the directional filter according to the invention.
- the direction can be determined, in which the object is located.
- it can be determined whether the waves reflected by the object with respect to the directional filter come from the front, rear, top or bottom.
- Echo denotes a signal.
- the waves reflected by objects are a signal that is also called an echo signal in the context of echolocation.
- echolocation examples include radar, sonar, ultrasound, lidar, laser scanner and time-of-flight methods.
- An ultrasonic sensor for detecting objects in an environment of the ultrasonic sensor is an example of an echo locating detecting device.
- Vehicles are especially land-bound vehicles.
- An area of the directional filter is in particular a surface which is arranged in the direction of an echo incidence.
- An elevation is a higher part of an area.
- a depression is a lower part of a surface. Folded surfaces have elevations and depressions.
- a resonator is a system that can be excited to vibrate.
- System components of the resonator are tuned to one or more specific frequencies, so-called natural frequencies, in such a way that the resonator oscillates at a broadband excitation substantially with the natural frequencies.
- natural frequencies for example, a closed or partially open volume of air is an acoustic resonator.
- the elasticity of the air in a cavity leads, together with the inertia of the air, to certain resonance frequencies.
- the increase and / or the depression of the surface of the directional filter form a cavity and thus a resonator.
- the resonator formed by the respective elevation and / or depression may have a direction-dependent natural frequency.
- the directional filter is a passive filter with which pre-processing of the echo can be carried out before the echo is converted from one actual receiver into another, in particular electrical, signal becomes. Due to the dependence on the Echoeinfallschal a determination of the direction from which the echo comes, and thus a localization of the echo reflecting object in the environment of the vehicle with little computational effort possible.
- the resonator on one of a shape, size and / or arrangement of the increase and / or the depression dependent natural frequency, wherein the directional filter is carried out, in which Echo incident depending on the Echoeinfalls vide a frequency band of an echo spectrum in which the natural frequency of the resonator is to select, preferably by respective amplification and / or attenuation of the echo spectrum.
- This creates direction-dependent minima and / or maxima in the frequency spectrum.
- the directional filter can distinguish which direction the echo comes from. In this case, the dependence on the Echoeinfallsoplasty results in particular from the shape, size and / or arrangement of the increase and / or depression.
- the surface has an ear-relief shape with several elevations and / or depressions, preferably in the form of a helix, crus helicis, Scapha, Anthelix with Crus superius anthelicis and Crus inferius anthelicis, Fossa triangularis, Cymba conchae and Cavum conchae , Tragus, antitragus and / or lobulus auriculae.
- the directional filter is an ear-like direction-selective filter.
- the shape, size and arrangement of the elevations and depressions are not limited to the anatomy of the human ear.
- the elevations and / or depressions of the directional filter may also have a shape, size and / or arrangement analogous to the anatomy of an animal's ear.
- a directional filter whose surface has the ear-relief shape of an elephant is advantageous for an infrared sensor.
- a directional filter is advantageous, the surface of which has the ear-relief shape of a bat.
- the auricle made of cartilage acts as a directionally selective sound filter.
- the ear cartilage is strongly folded, so that there is a typical ear relief with numerous elevations and depressions, each bearing their own names.
- the outer edge of the auricle is called helix.
- the sickle-shaped anthelix runs as a ridge.
- the cranial end that is, pointing towards the head or pointing upwards, it divides into two separate folds, the upper, Crus superius anthelicis, and lower, Crus inferius anthelicis, Anthelix root. Between them lies a triangular constriction, the triangular fossa.
- the anthelix frames the actual auricle, the conchae auricularis.
- the conchae auricularis is an extensive depression.
- the relief of the auricle of humans as well as animals is a natural filter system for the incoming sound.
- the sound is refracted at the relief edges of the auricle and thus differently attenuated, depending on its frequency components. From this modulation, the brain can gain information about the spatial origin of a sound source, in particular, whether an echo comes from the front, back, up or down.
- This so-called directional hearing is recognized particularly clearly within the direction-determining frequency bands, the so-called Grassroots Bands.
- the direction from the rear is detected with more than 80% probability around the frequency of 1 kHz.
- the directional filter is made of plastic, synthetic resin, ceramic, metal or a combination of the preceding materials. These materials are cheap and easy to work with.
- the directional filter is preferably produced by an injection molding process or an additive manufacturing.
- the injection molding process is a primary molding process in which the respective material is liquefied with an injection molding machine and injected under pressure into a mold, the injection molding tool.
- the material passes through cooling or a cross-linking reaction again in the solid state and is removed after opening the tool as a finished part.
- the cavity, the cavity, of the tool determines the shape and surface structure of the finished part.
- additive manufacturing production takes place directly on the basis of a computer-internal data model of informal or shape-neutral material by means of chemical and / or physical processes.
- An example of additive manufacturing is the 3D printing process.
- the directional filter can be produced particularly inexpensively.
- a directional filter according to the invention is used in a echo-locating environment detection device of a vehicle for locating an echo source in a median plane.
- the median plane is the plane that extends from top to bottom and back to front through a body center or an object center.
- the direction of the echo can be determined not only in a horizontal plane, but also in the plane perpendicular to the horizontal plane. This allows a three-dimensional localization of an echo source.
- a direction filter which is designed to amplify and / or attenuate a frequency band from an echo spectrum as a function of an echo arrival direction.
- Such an environment detection device has the advantage that a directional dependence is obtained passively by the directional filter and no active methods, such as beamforming, are required.
- the directional filter is preferably a directional filter according to the invention.
- the directional filter can be arranged in an outer structure or a paneling of the vehicle as a style element or concealed.
- Exterior or trim are elements such as bumper or grille / trim or trim such as chrome trim or similar.
- Exterior structure or cladding refers to attachments, in which one can integrate the directional filter, without it being visually striking or too sublime.
- the surroundings detection device is an ultrasonic sensor.
- the method according to the invention for the localization of an object with an echo-detecting surroundings detection device of a vehicle, wherein the surroundings detection device has at least two receivers, comprises the following method steps.
- This method allows for echolocation with a directional resonator, with the resonator surrounding a single receiver, similar to the human pinna.
- a distance of the object is determined by the transit time differences.
- a classification of the object takes place on the basis of a frequency analysis and / or pattern recognition.
- a signal is displayed broken down according to different frequency orders and amplitudes and / or the phase characteristic is analyzed.
- the pattern identifier comprises statistical elements, for example descriptive statistics with multivariate data analysis, or non-deterministic "block box" methods with artificial neural networks.
- an image preferably a three-dimensional image, is generated by the object on the basis of the transit time differences.
- an environment detection device for carrying out the method, an environment detection device according to the invention is preferably used.
- 1a is a plan view of an embodiment of an inventive
- FIG. 1 b shows a cross-sectional view of an embodiment of a directional filter according to the invention
- 1c shows an embodiment of a human ear
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a vehicle with an exemplary embodiment of an environment detection device according to the invention
- Fig. 4b an embodiment of a waveform with directional filter
- Fig. 5 an embodiment of a method according to the invention.
- FIG. 1A shows a directional filter 10 having a plurality of elevations 12 and depressions 13 in an area 11 of the directional filter 10.
- the elevations 12 and depressions 13 of the area 11 form a system of resonators 14, each elevation 12 and each recess 13 being one Resonator 14 forms.
- Each resonator 14 is excited in response to the respective shape, size and / or arrangement of the respective elevation 12 or recess 13 at an echo incidence from a particular echo incident direction 15.
- the directional filter 10 has an opening 16.
- a receiver 22 can be arranged such that the receiver 22 is surrounded by the directional filter 10 similar to the auditory meatus in humans of the auricle.
- the elevations 12 and depressions 13 of the directional filter 10 are shown in Fig. 1 B in cross section.
- the directional filter 10 has a shape similar to an ear-relief mold 30 shown in FIG. 1C.
- the elevations 12 and depressions 13 of the surface 11 of the directional filter are similar in shape, size and / or orientation to the elevations 12 and depressions 13 of the ear-relief mold 30.
- the ear-relief mold 30 has, as an elevation 12, the so-called helix 31, which forms the Ear-relief form 30 outlined.
- An extension of the helix 31 is the crus helicis 31 a, which, together with the helix 31, framing a depression 13, namely the cymba conchae 35 a.
- a further elevation 12 is formed by the anthelix 33, which merges with a crus superius anthelicis 33a and a crus inferus anthelicis 33b as an upper and a lower anthelix root into the helix 31.
- the crus superius anthelicis 33a and the crus inferius anthelicis 33b surround, together with the corresponding section of the helix, a triangular depression 13, the triangular fossa 34.
- the scapha 32 Between the anthelix and helix runs as depression 13 the scapha 32.
- a lower end of the anthelix forms as an elevation 12 the antitragus 36a. Together with an elevation 12, the tragus 36, the antitragus surrounds, as a depression 13, the cavum conchae 35b.
- a lower edge of the ear-relief mold 30 forms the cartilaginous earlobe, the lobulus auriculae 37.
- FIG. 2 shows an arrangement of two receivers 22 of an environment detection device 20.
- the receivers 22 are arranged at a distance 23 from one another in a horizontal plane, the XY plane.
- Each of the receivers 22 receives an echo from an object 3 from a respective echo incident direction 15.
- a horizontal incident angle 7 in a horizontal plane 8 can be determined.
- a vertical angle of incidence 9 in a median plane 2 is determined.
- the 3 shows as a vehicle 1, for example, a passenger car with an outer structure 5 and a fairing 6.
- the surroundings detection device 20 is integrated.
- the surroundings detection device 20 has the receiver 22, which is arranged in the opening 16 of the directional filter 10 and is surrounded by it.
- the surroundings detection device 20 also has a transmitter 21.
- the transmitter 21 is, for example, an ultrasonic transmitter which emits as a signal an ultrasound having a certain duration, repetition rate, amplitude and frequency.
- the ultrasound is reflected from the object 3 in an environment 4 of the vehicle 1, which is for example a pedestrian, a preceding vehicle or a road safety barrier, into the room and received by the receivers 22 as an echo.
- the environment 4 is an area around the vehicle 1, for example a hemisphere with a radius of 100 m.
- FIG. 4a shows a signal course of the echo at the location of the receiver 22 without directional filter 10, FIG. 4b correspondingly with directional filter 10.
- FIGS. 4a and 4b respectively plot an amplitude of the signal S in any unit, that is to say the echo, in FIG Dependence of its frequency f, in the unit Hertz, that is 1 / second.
- a frequency band A the signal S is attenuated depending on the direction.
- a frequency band B the signal S is directionally amplified.
- the signal S falls, for example, from behind on the directional filter.
- the sonator 14 of the directional filter 10 With this echo incident 15, the sonator 14 of the directional filter 10 is excited, which in comparison to the other resonators 14 of the resonator system of the directional filter 10 has a high natural frequency of, for example, 1000 hertz.
- the other resonators are not excited from behind because of their respective shape, size and / or arrangement in this echo incidence 15. Therefore, all other frequencies are substantially attenuated. From the maximum of the signal at 1000 hertz, it follows in turn that the echo has fallen from behind.
- the horizontal incident angle 7 in the horizontal plane 8 is determined by transit time measurement from one receiver 22 to the other receiver 22.
- the vertical angle of incidence 9 in the median plane is determined by the directional filter 10.
- the directional filter 10 represents a selective directional filter which is arranged around the receiver 22 as a spatial structure. Furthermore, a distance estimation can be obtained via the transit time measurement.
- the type of object 3 is detected by a frequency analysis and / or pattern recognition. By processing the data of both receivers 22, a three-dimensional image of the object 3 can be generated by means of the stereo principle.
- the advantage of the invention lies i.a. in that echolocation is independent of time of day.
- an ultrasonic sensor with which echolocation can be performed is less sensitive to environmental disturbances than environmental detection equipment. a lidar.
- ultrasonic sensors are known as distance sensors for locating objects 3 in a plane around the vehicle, e.g.
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Abstract
The invention relates to a directional filter (10), to the use of a directional filter (10) according to the invention in an echo-locating surroundings detection device (20) of a vehicle (1), to a surroundings detection device (20) of a vehicle (1) for echolocating an object (3) in a surrounding field of the vehicle (1), and to a method for the localization an object (3) by means of an echo-locating surroundings detection device (20) of a vehicle (1). The directional filter (10) comprises a plurality of elevations (12) and depressions (13) in a surface (11) of the directional filter (10). The elevations (12) and depressions (13) of the surface (11) form a system of resonators (14), wherein each resonator (14), depending on the respective shape, size and/or arrangement of the respective elevation (12) or depression (13), is excited in the event of an echo incidence from a specific echo incidence direction (15).
Description
Echoortunq mit richtunqsabhänqiqem Resonator Echo location with directionally dependent resonator
Die Erfindung betrifft einen Richtungsfilter nach Anspruch 1 , eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters in einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges nach Anspruch 6, eine Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Echoortung eines Objekts in einem Umfeld des Fahrzeuges nach Anspruch 7 und ein Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges nach Anspruch 11. The invention relates to a directional filter according to claim 1, a use of a directional filter according to the invention in an echo locating surroundings detection device of a vehicle according to claim 6, an environment detection device of a vehicle for echolocation of an object in an environment of the vehicle according to claim 7 and a method for localization of an object with a Echo locating environment detecting device of a vehicle according to claim 11.
Automatisiertes Fahren erfordert die Umfelderfassung eines Fahrzeuges. Verschiedene Technologien sind bekannt, wie z.B. Kamera, Lidar und/oder Radar. Ein Nachteil der bekannten Technologien ist der hohe Rechenaufwand zur Signalverarbeitung. Automated driving requires the environment detection of a vehicle. Various technologies are known, such as e.g. Camera, lidar and / or radar. A disadvantage of the known technologies is the high computational complexity for signal processing.
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, die Umfelderfassung von Objekten zu verbessern. This is where the invention starts. The invention has the object to improve the environment detection of objects.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Richtungsfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters in einer Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 6, eine Umfelderfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer echoortenden Umfelderfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. This object is achieved by a directional filter having the features of claim 1, a use of a directional filter according to the invention in an echo locating surroundings detection device of a vehicle having the features of claim 6, an environment detection device having the features of claim 7 and by a method for localization of an object a echo-locating environment detecting device with the features of claim 11.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Further developments and advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Der erfindungsgemäße Richtungsfilter für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges weist eine Fläche mit einer Erhöhung und/oder einer Vertiefung auf. Die Erhöhung und/oder die Vertiefung bilden jeweils einen Resonator.The directional filter according to the invention for an echo locating surroundings detection device of a vehicle has a surface with an elevation and / or a depression. The elevation and / or the depression each form a resonator.
Bei einem Echoeinfall ist der jeweilige Resonator in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung anregbar.
Ein Filter ist eine mechanische oder elektrische Vorrichtung, mit der vorgegebene Frequenzanteile aus einem Spektrum eines Signals ausgewählt und/oder unterdrückt werden können. Bevorzugte Signalanteile werden mit dem Filter verstärkt. Unerwünschte Signalanteile werden mit dem Filter abgeschwächt oder unterdrückt. In the case of an echo incident, the respective resonator can be excited as a function of an echo arrival direction. A filter is a mechanical or electrical device with which predetermined frequency components can be selected and / or suppressed from a spectrum of a signal. Preferred signal components are amplified by the filter. Unwanted signal components are attenuated or suppressed with the filter.
Ein Richtungsfilter ist ein Filter, der ein Signal richtungsselektiv filtert, das heißt abhängig von der Einfallsrichtung des Signals. A directional filter is a filter that filters a signal direction-selective, that is, depending on the direction of incidence of the signal.
Echoortung bezeichnet die Erkennung der Position und/oder Art von Objekten durch Aussenden von Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen und Analyse der von den Objekten reflektierten Wellen. Aus der Laufzeit der Wellen wird die Entfernung zu einem Objekt ermittelt. Ebenso kann die Größe des Objekts ermittelt werden. Echo location refers to the detection of the position and / or type of objects by emitting sound waves or electromagnetic waves and analyzing the waves reflected by the objects. From the running time of the waves, the distance to an object is determined. Likewise, the size of the object can be determined.
Erfindungswesentlich ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Richtungsfilter auch die Richtung, aus der von dem Objekt reflektierte Wellen auf den Richtungsfilter treffen, ermittelt werden kann. Für den Fall, dass die reflektierten Wellen von dem Objekt bis zu dem Richtungsfilter nicht abgelenkt werden, ist damit auch die Richtung ermittelbar, in der sich das Objekt befindet. Insbesondere ist ermittelbar, ob die von dem Objekt reflektierten Wellen in Bezug zu dem Richtungsfilter von vorne, hinten, oben oder von unten kommen. It is essential to the invention that the directional filter from which the waves reflected by the object hit the directional filter can also be determined using the directional filter according to the invention. In the event that the reflected waves are not deflected from the object to the directional filter, thus also the direction can be determined, in which the object is located. In particular, it can be determined whether the waves reflected by the object with respect to the directional filter come from the front, rear, top or bottom.
Echo bezeichnet ein Signal. Die von Objekten reflektierten Wellen sind ein Signal, das im Zusammenhang mit Echoortung auch Echosignal genannt wird. Echo denotes a signal. The waves reflected by objects are a signal that is also called an echo signal in the context of echolocation.
Beispiele für Echoortung sind Radar, Sonar, Ultraschall, Lidar, Laserscanner und Time-Of-Flight-Methoden. Examples of echolocation are radar, sonar, ultrasound, lidar, laser scanner and time-of-flight methods.
Ein Ultraschallsensor zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld des Ultraschallsensors ist ein Beispiel für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung. An ultrasonic sensor for detecting objects in an environment of the ultrasonic sensor is an example of an echo locating detecting device.
Fahrzeuge sind insbesondere landgebundene Fahrzeuge.
Eine Fläche des Richtungsfilters ist insbesondere eine Fläche, die in Richtung eines Echoeinfalls angeordnet ist. Vehicles are especially land-bound vehicles. An area of the directional filter is in particular a surface which is arranged in the direction of an echo incidence.
Eine Erhöhung ist ein höher gelegener Teil einer Fläche. Eine Vertiefung ist ein tiefer gelegener Teil einer Fläche. Gefaltete Flächen weisen Erhöhungen und Vertiefungen auf. An elevation is a higher part of an area. A depression is a lower part of a surface. Folded surfaces have elevations and depressions.
Ein Resonator ist ein System, das zu Schwingungen angeregt werden kann. Systemkomponenten des Resonators sind auf eine oder mehrere bestimmte Frequenzen, sogenannte Eigenfrequenzen, in der Art abgestimmt, dass der Resonator bei einer breitbandigen Anregung im Wesentlichen mit den Eigenfrequenzen schwingt. Zum Beispiel ist ein abgeschlossenes oder teilweise offenes Luftvolumen ein akustischer Resonator. Die Elastizität der Luft in einem Hohlraum führt zusammen mit der Massenträgheit der Luft zu bestimmten Resonanzfrequenzen. Die Erhöhung und/oder die Vertiefung der Fläche des Richtungsfilters bilden einen Hohlraum und damit einen Resonator. Durch bestimmte Eigenschaften der Erhöhung und/oder der Vertiefung, beispielsweise in Abhängigkeit der Form, Größe und oder/Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung auf der Fläche, kann der durch die jeweilige Erhöhung und/oder Vertiefung gebildete Resonator eine richtungsabhängige Eigenfrequenz aufweisen. A resonator is a system that can be excited to vibrate. System components of the resonator are tuned to one or more specific frequencies, so-called natural frequencies, in such a way that the resonator oscillates at a broadband excitation substantially with the natural frequencies. For example, a closed or partially open volume of air is an acoustic resonator. The elasticity of the air in a cavity leads, together with the inertia of the air, to certain resonance frequencies. The increase and / or the depression of the surface of the directional filter form a cavity and thus a resonator. By certain characteristics of the elevation and / or the depression, for example as a function of the shape, size and / or arrangement of the elevation and / or depression on the surface, the resonator formed by the respective elevation and / or depression may have a direction-dependent natural frequency.
Dadurch, dass der jeweilige Resonator in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung bei einem Echoeinfall anregbar ist, ist der Richtungsfilter ein passiver Filter, mit dem eine Vorverarbeitung des Echos durchgeführt werden kann, noch bevor das Echo von einem eigentlichen Empfänger in ein anderes, insbesondere elektrisches, Signal umgewandelt wird. Durch die Abhängigkeit von der Echoeinfallsrichtung wird eine Bestimmung der Richtung, aus der das Echo kommt, und damit eine Lokalisation des Echo reflektierenden Objekts in der Umgebung des Fahrzeuges mit wenig Rechenaufwand möglich. Because the respective resonator can be excited in response to an echo incidence direction in the case of an echo incident, the directional filter is a passive filter with which pre-processing of the echo can be carried out before the echo is converted from one actual receiver into another, in particular electrical, signal becomes. Due to the dependence on the Echoeinfallsrichtung a determination of the direction from which the echo comes, and thus a localization of the echo reflecting object in the environment of the vehicle with little computational effort possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Resonator eine von einer Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung abhängige Eigenfrequenz auf, wobei der Richtungsfilter ausgeführt ist, bei dem
Echoeinfall in Abhängigkeit der Echoeinfallsrichtung ein Frequenzband aus einem Echospektrum, in dem die Eigenfrequenz des Resonators liegt, auszuwählen, vorzugsweise durch jeweilige Verstärkung und/oder Dämpfung des Echospektrums. Dadurch entstehen richtungsabhängige Minima und/oder Maxima im Frequenzspektrum. Durch Auswerten der Minima und/oder Maxima im Frequenzspektrum des Echosignals kann der Richtungsfilter unterscheiden, aus welcher Richtung das Echo kommt. Dabei resultiert die Abhängigkeit von der Echoeinfallsrichtung insbesondere aus der Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung. According to a preferred embodiment of the invention, the resonator on one of a shape, size and / or arrangement of the increase and / or the depression dependent natural frequency, wherein the directional filter is carried out, in which Echo incident depending on the Echoeinfallsrichtung a frequency band of an echo spectrum in which the natural frequency of the resonator is to select, preferably by respective amplification and / or attenuation of the echo spectrum. This creates direction-dependent minima and / or maxima in the frequency spectrum. By evaluating the minima and / or maxima in the frequency spectrum of the echo signal, the directional filter can distinguish which direction the echo comes from. In this case, the dependence on the Echoeinfallsrichtung results in particular from the shape, size and / or arrangement of the increase and / or depression.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fläche eine Ohrreliefform auf mit mehreren Erhöhungen und/oder Vertiefungen, vorzugsweise in Form einer Helix, Crus helicis, Scapha, Anthelix mit Crus superius anthelicis und Crus inferius anthelicis, Fossa triangularis, Cymba conchae und Cavum conchae, Tragus, Antitragus und/oder Lobulus auriculae. Damit ist der Richtungsfilter ein Ohrähnlicher richtungsselektiver Filter. Die Form, Größe und Anordnung der Erhöhungen und Vertiefungen sind nicht auf die Anatomie des menschlichen Ohres beschränkt. Die Erhöhungen und/oder Vertiefungen des Richtungsfilters können auch eine Form, Größe und/oder Anordnung analog zu der Anatomie eines tierischen Ohres aufweisen. Für einen Infrarotsensor ist beispielsweise ein Richtungsfilter vorteilhaft, dessen Fläche die Ohrreliefform eines Elefanten aufweist. Für einen Ultraschallsensor ist beispielsweise ein Richtungsfilter vorteilhaft, dessen Fläche die Ohrreliefform einer Fledermaus aufweist. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the surface has an ear-relief shape with several elevations and / or depressions, preferably in the form of a helix, crus helicis, Scapha, Anthelix with Crus superius anthelicis and Crus inferius anthelicis, Fossa triangularis, Cymba conchae and Cavum conchae , Tragus, antitragus and / or lobulus auriculae. Thus, the directional filter is an ear-like direction-selective filter. The shape, size and arrangement of the elevations and depressions are not limited to the anatomy of the human ear. The elevations and / or depressions of the directional filter may also have a shape, size and / or arrangement analogous to the anatomy of an animal's ear. For example, a directional filter whose surface has the ear-relief shape of an elephant is advantageous for an infrared sensor. For an ultrasonic sensor, for example, a directional filter is advantageous, the surface of which has the ear-relief shape of a bat.
Beim Ohr fungiert die aus Knorpelgewebe geformte Ohrmuschel als ein richtungsselektiver Schallfilter. Der Ohrknorpel ist stark gefaltet, so dass sich ein typisches Ohrrelief mit zahlreichen Erhöhungen und Vertiefungen ergibt, die jeweils eigene Bezeichnungen tragen. In the ear, the auricle made of cartilage acts as a directionally selective sound filter. The ear cartilage is strongly folded, so that there is a typical ear relief with numerous elevations and depressions, each bearing their own names.
Der äußere Rand der Ohrmuschel wird Helix genannt. Parallel zur Helix, getrennt durch eine enge gekrümmte Einziehung, die Scapha genannt wird, verläuft als ein Wulst die sichelförmige Anthelix. An ihrem kranialen, das heißt zum Kopf hin weisenden oder nach oben hin weisenden Ende teilt sie sich in zwei getrennte Falten, die obere, Crus superius anthelicis, und untere, Crus inferius anthelicis, Anthelixwurzel.
Zwischen ihnen liegt eine dreieckige Einziehung, die Fossa triangularis. Die Anthelix rahmt die eigentliche Ohrmuschel, die Conchae auricularis, ein. Die Conchae auricu- laris ist eine ausgedehnte Vertiefung. Sie wird durch einen Ausläufer der Helix, die Crus helicis, in zwei Teile getrennt, die kranial gelegene Cymba conchae und das kaudal, das heißt zu den Füßen hin oder nach unten hin gelegene Cavum conchae, das den Übergang zum äußeren Gehörgang darstellt. Lateral, das heißt seitlich oder von der Körpermitte abgewandt vor dem Cavum conchae befinden sich zwei Verwölbungen, den rostral, das heißt in Richtung Mund oder zum vorderen Ende des Körpers hin gelegenen Tragus und den dorsal, das heißt zur Rückseite des Körpers oder eines Körperteils beziehungsweise Organs hin gelegenen Antitragus. Kaudal des Tragus schließt das Ohrläppchen, das Lobulus auriculae, an, das frei von Knorpel ist. The outer edge of the auricle is called helix. Parallel to the helix, separated by a narrow curved retraction called the scapha, the sickle-shaped anthelix runs as a ridge. At its cranial end, that is, pointing towards the head or pointing upwards, it divides into two separate folds, the upper, Crus superius anthelicis, and lower, Crus inferius anthelicis, Anthelix root. Between them lies a triangular constriction, the triangular fossa. The anthelix frames the actual auricle, the conchae auricularis. The conchae auricularis is an extensive depression. It is separated by an extension of the helix, the crus helicis, in two parts, the cranially located Cymba conchae and the caudal, that is to the feet or downwards Cavum conchae, which represents the transition to the external auditory meatus. Lateral, that is sideways or away from the body center in front of the cavum conchae there are two Verwölbungen, the rostral, ie in the direction of the mouth or the front end of the body located tragus and the dorsal, that is to the back of the body or a body part or Organs Antitragus. Caudal of the tragus attaches to the earlobe, the lobulus auriculae, which is free of cartilage.
Mit seinen Auffaltungen und Vertiefungen ist das Relief der Ohrmuschel des Menschen ebenso von Tieren ein natürliches Filtersystem für den eintreffenden Schall. Der Schall wird an den Reliefkanten der Ohrmuschel gebrochen und dadurch, abhängig von seinen Frequenzanteilen, verschieden gedämpft. Aus dieser Modulation kann das Gehirn Informationen über die räumliche Herkunft einer Schallquelle gewinnen, insbesondere, ob ein Echo von vorne, hinten, oben oder unten stammt. Dieses sogenannte Richtungshören wird besonders deutlich innerhalb der richtungsbestimmenden Frequenzbänder, den sogenannten Bäuerischen Bändern, erkannt.With its folds and depressions, the relief of the auricle of humans as well as animals is a natural filter system for the incoming sound. The sound is refracted at the relief edges of the auricle and thus differently attenuated, depending on its frequency components. From this modulation, the brain can gain information about the spatial origin of a sound source, in particular, whether an echo comes from the front, back, up or down. This so-called directional hearing is recognized particularly clearly within the direction-determining frequency bands, the so-called Grassroots Bands.
Zum Beispiel wird die Richtung von hinten mit über 80%iger Wahrscheinlichkeit um die Frequenz von 1 kHz erkannt. For example, the direction from the rear is detected with more than 80% probability around the frequency of 1 kHz.
Vorteilhafterweise ist der Richtungsfilter aus Kunststoff, Kunstharz, Keramik, Metall oder einer Kombination der vorangehenden Materialien gefertigt. Diese Materialien sind günstig und einfach bearbeitbar. Advantageously, the directional filter is made of plastic, synthetic resin, ceramic, metal or a combination of the preceding materials. These materials are cheap and easy to work with.
Bevorzugt ist der Richtungsfilter durch ein Spritzgussverfahren oder eine additive Fertigung hergestellt. The directional filter is preferably produced by an injection molding process or an additive manufacturing.
Das Spritzgussverfahren ist ein Urformverfahren, bei dem der jeweilige Werkstoff mit einer Spritzgießmaschine verflüssigt und unter Druck in eine Form, dem Spritzgießwerkzeug, eingespritzt wird. Im Werkzeug geht der Werkstoff durch Abkühlung oder
eine Vernetzungsreaktion wieder in den festen Zustand über und wird nach dem Öffnen des Werkzeuges als Fertigteil entnommen. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeuges bestimmt dabei die Form und Oberflächenstruktur des fertigen Teiles. The injection molding process is a primary molding process in which the respective material is liquefied with an injection molding machine and injected under pressure into a mold, the injection molding tool. In the tool, the material passes through cooling or a cross-linking reaction again in the solid state and is removed after opening the tool as a finished part. The cavity, the cavity, of the tool determines the shape and surface structure of the finished part.
Bei der additiven Fertigung erfolgt die Fertigung direkt auf Basis eines rechnerinternen Datenmodells aus formlosem oder formneutralem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Ein Beispiel für additive Fertigung ist das 3D- Druckverfahren. In additive manufacturing, production takes place directly on the basis of a computer-internal data model of informal or shape-neutral material by means of chemical and / or physical processes. An example of additive manufacturing is the 3D printing process.
Mittels eines dieser Verfahren kann der Richtungsfilter besonders kostengünstig hergestellt werden. By means of one of these methods, the directional filter can be produced particularly inexpensively.
Erfindungsgemäß wird ein erfindungsgemäßer Richtungsfilter in einer echoortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Lokalisation einer Echoquelle in einer Medianebene verwendet. According to the invention, a directional filter according to the invention is used in a echo-locating environment detection device of a vehicle for locating an echo source in a median plane.
Als Medianebene wird die Ebene bezeichnet, die sich von oben nach unten und hinten nach vorne durch eine Körpermitte oder eine Objektmitte erstreckt. The median plane is the plane that extends from top to bottom and back to front through a body center or an object center.
Damit kann die Richtung des Echos nicht nur in einer Horizontalebene bestimmt werden, sondern auch in der Ebene senkrecht zur Horizontalebene. Dadurch wird eine dreidimensionale Lokalisation einer Echoquelle ermöglicht. Thus, the direction of the echo can be determined not only in a horizontal plane, but also in the plane perpendicular to the horizontal plane. This allows a three-dimensional localization of an echo source.
Die erfindungsgemäße Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Echoortung eines Objekts in einem Umfeld des Fahrzeuges weist einen Sender auf, der ausgeführt ist, ein Echosignal zu senden. Ferner weist die Umfelderfassungseinrichtung einen Empfänger auf, der ausgeführt ist, das Echosignal nach Reflexion an dem Objekt zu empfangen. Des Weiteren weist die Umfelderfassungseinrichtung einen Richtungsfilter auf, der ausgeführt ist, ein Frequenzband aus einem Echospektrum in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung zu verstärken und/oder zu dämpfen. Eine derartige Umfelderfassungseinrichtung hat den Vorteil, dass eine Richtungsabhängigkeit passiv durch den Richtungsfilter erhalten wird und keine aktiven Verfahren, wie z.B. Beamforming, erforderlich sind.
Bevorzugt ist der Richtungsfilter ein erfindungsgemäßer Richtungsfilter. The surroundings detection device according to the invention of a vehicle for echolocation of an object in an environment of the vehicle has a transmitter which is designed to transmit an echo signal. Furthermore, the surroundings detection device has a receiver which is designed to receive the echo signal after reflection at the object. Furthermore, the surroundings detection device has a direction filter which is designed to amplify and / or attenuate a frequency band from an echo spectrum as a function of an echo arrival direction. Such an environment detection device has the advantage that a directional dependence is obtained passively by the directional filter and no active methods, such as beamforming, are required. The directional filter is preferably a directional filter according to the invention.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Richtungsfilter in einer Außenstruktur o- der einer Verkleidung des Fahrzeuges als Stilelement oder verdeckt anordenbar. Außenstruktur oder Verkleidung sind Elemente wie Stoßstange oder Kühlergrill/- blende oder Zierelemente wie Chromleisten oder ähnliches. Außenstruktur oder Verkleidung bezeichnet Anbauteile, in die man den Richtungsfilter integrieren kann, ohne dass es optisch auffällig ist oder zu erhaben aufträgt. In a development of the invention, the directional filter can be arranged in an outer structure or a paneling of the vehicle as a style element or concealed. Exterior or trim are elements such as bumper or grille / trim or trim such as chrome trim or similar. Exterior structure or cladding refers to attachments, in which one can integrate the directional filter, without it being visually striking or too sublime.
Besonders bevorzugt ist die Umfelderfassungseinrichtung ein Ultraschallsensor. Particularly preferably, the surroundings detection device is an ultrasonic sensor.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges, wobei die Umfelderfassungseinrichtung wenigstens zwei Empfänger aufweist, weist die folgenden Verfahrensschritte auf. The method according to the invention for the localization of an object with an echo-detecting surroundings detection device of a vehicle, wherein the surroundings detection device has at least two receivers, comprises the following method steps.
Bestimmen eines Horizontaleinfallwinkels eines an dem Objekt reflektierten Echos in einer Horizontalebene, in der die Empfänger angeordnet sind, durch Messen von Laufzeitdifferenzen zwischen den Empfängern und Determining a horizontal angle of incidence of an echo reflected on the object in a horizontal plane in which the receivers are arranged by measuring propagation time differences between the receivers and
Bestimmen eines Vertikaleinfallwinkels in einer Medianebene mit einem erfindungsgemäßen Richtungsfilter, wobei der Richtungsfilter wenigstens einen der Empfänger umgibt. Determining a vertical angle of incidence in a median plane with a directional filter according to the invention, wherein the directional filter surrounds at least one of the receivers.
Dieses Verfahren ermöglicht eine Echoortung mit einem richtungsabhängigen Resonator, wobei der Resonator einen einzelnen Empfänger, ähnlich der Ohrmuschel beim Menschen, umgibt. This method allows for echolocation with a directional resonator, with the resonator surrounding a single receiver, similar to the human pinna.
Vorteilhafterweise wird eine Entfernung des Objekts durch die Laufzeitdifferenzen bestimmt. Advantageously, a distance of the object is determined by the transit time differences.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Klassifikation des Objekts anhand einer Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung. Bei der klassischen Fre-
quenzanalyse wird ein Signal in der Regel nach verschiedenen Frequenzordnungen und Amplituden zerlegt dargestellt und/oder der Phasenverlauf analysiert. Die Musterkennung umfasst statistische Elemente, zum Beispiel der deskriptiven Statistik mit multivariater Datenanalyse, oder nicht deterministische„Block Box“ Verfahren mit künstlichen neuronalen Netzen. In one development of the invention, a classification of the object takes place on the basis of a frequency analysis and / or pattern recognition. In the classical Freely As a rule, a signal is displayed broken down according to different frequency orders and amplitudes and / or the phase characteristic is analyzed. The pattern identifier comprises statistical elements, for example descriptive statistics with multivariate data analysis, or non-deterministic "block box" methods with artificial neural networks.
Vorzugsweise wird von dem Objekt anhand der Laufzeitdifferenzen ein Abbild, vorzugsweise ein dreidimensionales Abbild, erzeugt. Preferably, an image, preferably a three-dimensional image, is generated by the object on the basis of the transit time differences.
Bevorzugt wird zur Durchführung des Verfahrens eine erfindungsgemäße Umfelderfassungseinrichtung verwendet. For carrying out the method, an environment detection device according to the invention is preferably used.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in detail with reference to the following figures. Show it:
Fig. 1a: eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 1a is a plan view of an embodiment of an inventive
Richtungsfilters, Directional filter,
Fig. 1 b: eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters, 1 b shows a cross-sectional view of an embodiment of a directional filter according to the invention,
Fig. 1c: ein Ausführungsbeispiel eines menschlichen Ohrs, 1c shows an embodiment of a human ear,
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungseinrichtung, 2 shows an embodiment of an environment detecting device according to the invention,
Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungseinrichtung, 3 shows an exemplary embodiment of a vehicle with an exemplary embodiment of an environment detection device according to the invention,
Fig. 4a: ein Ausführungsbeispiel eines Signalverlaufs ohne Richtungsfilter, 4a shows an embodiment of a waveform without directional filter,
Fig. 4b: ein Ausführungsbeispiel eines Signalverlaufs mit Richtungsfilter und
Fig. 5: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4b: an embodiment of a waveform with directional filter and Fig. 5: an embodiment of a method according to the invention.
In den Figuren bezeichnen selbe Bezugsziffern selbe oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den jeweiligen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile beziffert. In the figures, the same reference numerals designate the same or functionally similar reference parts. In the respective figures, the respective relevant reference parts are numbered.
Fig. 1A zeigt einen Richtungsfilter 10 mit mehreren Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 in einer Fläche 1 1 des Richtungsfilters 10. Die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Fläche 1 1 bilden ein System von Resonatoren 14, wobei jede Erhöhung 12 und jede Vertiefung 13 jeweils einen Resonator 14 bildet. Jeder Resonator 14 wird in Abhängigkeit der jeweiligen Form, Größe und/oder Anordnung der jeweiligen Erhöhung 12 oder Vertiefung 13 bei einem Echoeinfall aus einer bestimmten Echoeinfallsrichtung 15 angeregt wird. 1A shows a directional filter 10 having a plurality of elevations 12 and depressions 13 in an area 11 of the directional filter 10. The elevations 12 and depressions 13 of the area 11 form a system of resonators 14, each elevation 12 and each recess 13 being one Resonator 14 forms. Each resonator 14 is excited in response to the respective shape, size and / or arrangement of the respective elevation 12 or recess 13 at an echo incidence from a particular echo incident direction 15.
Der Richtungsfilter 10 weist eine Öffnung 16 auf. In die Öffnung 16 ist ein Empfänger 22 derart anordenbar, dass der Empfänger 22 von dem Richtungsfilter 10 ähnlich wie der Gehörgang beim Menschen von der Ohrmuschel umgeben ist. The directional filter 10 has an opening 16. In the opening 16, a receiver 22 can be arranged such that the receiver 22 is surrounded by the directional filter 10 similar to the auditory meatus in humans of the auricle.
Die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 des Richtungsfilters 10 sind in Fig. 1 B im Querschnitt dargestellt. The elevations 12 and depressions 13 of the directional filter 10 are shown in Fig. 1 B in cross section.
Der Richtungsfilter 10 weist eine einer in Fig. 1 C gezeigten Ohrreliefform 30 ähnliche Form auf. Insbesondere sind die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Fläche 1 1 des Richtungsfilters in Form, Größe und/oder Ausrichtung ähnlich zu den Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Ohrreliefform 30. Die Ohrreliefform 30 weist als eine Erhöhung 12 die sogenannte Helix 31 auf, die die Ohrreliefform 30 umrandet. Ein Ausläufer der Helix 31 ist die Crus helicis 31 a, die zusammen mit der Helix 31 eine Vertiefung 13, nämlich die Cymba conchae 35a, einrahmt. Eine weitere Erhöhung 12 bildet die Anthelix 33, die mit einer Crus superius anthelicis 33a und einer Crus infer- ius anthelicis 33b als obere und untere Anthelixwurzel in die Helix 31 übergeht. Die Crus superius anthelicis 33a und die Crus inferius anthelicis 33b umranden zusammen mit dem entsprechenden Abschnitt der Helix eine dreieckförmige Vertiefung 13, die Fossa triangularis 34. Zwischen Anthelix und Helix verläuft als Vertiefung 13 die Scapha 32. Ein unteres Ende der Anthelix bildet als eine Erhöhung 12 der Antitragus
36a. Zusammen mit einer Erhöhung 12, dem Tragus 36, umrandet der Antitragus als eine Vertiefung 13 das Cavum conchae 35b. Ein unterer Rand der Ohrreliefform 30 bildet das knorpelfreie Ohrläppchen, das Lobulus auriculae 37. The directional filter 10 has a shape similar to an ear-relief mold 30 shown in FIG. 1C. In particular, the elevations 12 and depressions 13 of the surface 11 of the directional filter are similar in shape, size and / or orientation to the elevations 12 and depressions 13 of the ear-relief mold 30. The ear-relief mold 30 has, as an elevation 12, the so-called helix 31, which forms the Ear-relief form 30 outlined. An extension of the helix 31 is the crus helicis 31 a, which, together with the helix 31, framing a depression 13, namely the cymba conchae 35 a. A further elevation 12 is formed by the anthelix 33, which merges with a crus superius anthelicis 33a and a crus inferus anthelicis 33b as an upper and a lower anthelix root into the helix 31. The crus superius anthelicis 33a and the crus inferius anthelicis 33b surround, together with the corresponding section of the helix, a triangular depression 13, the triangular fossa 34. Between the anthelix and helix runs as depression 13 the scapha 32. A lower end of the anthelix forms as an elevation 12 the antitragus 36a. Together with an elevation 12, the tragus 36, the antitragus surrounds, as a depression 13, the cavum conchae 35b. A lower edge of the ear-relief mold 30 forms the cartilaginous earlobe, the lobulus auriculae 37.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung von zwei Empfängern 22 einer Umfelderfassungseinrichtung 20. Die Empfänger 22 sind in einem Abstand 23 zueinander in einer Horizontalebene, der XY-Ebene, angeordnet. Jeder der Empfänger 22 empfängt aus einer jeweiligen Echoeinfallsrichtung 15 ein Echo von einem Objekt 3. Durch Messen der Laufzeitdifferenzen des Echos zwischen den beiden Empfängern 22 lässt sich ein Horizontaleinfallswinkel 7 in einer Horizontalebene 8 bestimmen. Durch richtungsselektives Filtern mit dem Richtungsfilter 10 wird ein Vertikaleinfallswinkel 9 in einer Medianebene 2 bestimmt. 2 shows an arrangement of two receivers 22 of an environment detection device 20. The receivers 22 are arranged at a distance 23 from one another in a horizontal plane, the XY plane. Each of the receivers 22 receives an echo from an object 3 from a respective echo incident direction 15. By measuring the propagation time differences of the echo between the two receivers 22, a horizontal incident angle 7 in a horizontal plane 8 can be determined. By directionally selective filtering with the directional filter 10, a vertical angle of incidence 9 in a median plane 2 is determined.
Fig. 3 zeigt als ein Fahrzeug 1 beispielsweise einen Pkw mit einer Außenstruktur 5 und einer Verkleidung 6. In der Verkleidung 6 ist die Umfelderfassungseinrichtung 20 integriert. Die Umfelderfassungseinrichtung 20 weist den Empfänger 22 auf, der in der Öffnung 16 des Richtungsfilters 10 angeordnet ist und von diesem umgeben wird. Die Umfelderfassungseinrichtung 20 weist ferner einen Sender 21 auf. Der Sender 21 ist beispielsweise ein Ultraschallsender, der als ein Signal einen Ultraschall aussendet mit einer bestimmten Dauer, Wiederholungsrate, Amplitude und Frequenz. Der Ultraschall wird von dem Objekt 3 in einem Umfeld 4 des Fahrzeuges 1 , das beispielsweise ein Fußgänger, ein vorausfahrendes Fahrzeug oder eine Straßenleitplanke ist, in den Raum reflektiert und von den Empfängern 22 als Echo empfangen. Das Umfeld 4 ist ein Bereich um das Fahrzeug 1 herum, zum Beispiel eine Halbkugel mit einem Radius von 100 m. 3 shows as a vehicle 1, for example, a passenger car with an outer structure 5 and a fairing 6. In the fairing 6, the surroundings detection device 20 is integrated. The surroundings detection device 20 has the receiver 22, which is arranged in the opening 16 of the directional filter 10 and is surrounded by it. The surroundings detection device 20 also has a transmitter 21. The transmitter 21 is, for example, an ultrasonic transmitter which emits as a signal an ultrasound having a certain duration, repetition rate, amplitude and frequency. The ultrasound is reflected from the object 3 in an environment 4 of the vehicle 1, which is for example a pedestrian, a preceding vehicle or a road safety barrier, into the room and received by the receivers 22 as an echo. The environment 4 is an area around the vehicle 1, for example a hemisphere with a radius of 100 m.
Fig. 4a zeigt einen Signalverlauf des Echos am Ort des Empfängers 22 ohne Richtungsfilter 10, Fig. 4b entsprechend mit Richtungsfilter 10. In den Fig. 4a und 4b ist jeweils aufgetragen eine Amplitude des Signals S in beliebiger Einheit, das heißt das Echo, in Abhängigkeit seiner Frequenz f, in der Einheit Hertz, also 1 /Sekunde. In einem Frequenzband A wird das Signal S richtungsabhängig gedämpft. In einem Frequenzband B wird das Signal S richtungsabhängig verstärkt. Das Signal S fällt zum Beispiel von hinten auf den Richtungsfilter. Bei diesem Echoeinfall 15 wird der Re-
sonator 14 des Richtungsfilters 10 angeregt, der im Vergleich zu den übrigen Resonatoren 14 des Resonatorsystems des Richtungsfilters 10 eine hohe Eigenfrequenz von beispielsweise 1000 Hertz aufweist. Die übrigen Resonatoren werden aufgrund ihrer jeweiligen Form, Größe und/oder Anordnung bei diesem Echoeinfall 15 von hinten nicht angeregt. Daher werden alle anderen Frequenzen im Wesentlichen gedämpft. Aus dem Maximum des Signals bei 1000 Hertz folgt dann im Umkehrschluss, dass das Echo von hinten eingefallen ist. FIG. 4a shows a signal course of the echo at the location of the receiver 22 without directional filter 10, FIG. 4b correspondingly with directional filter 10. FIGS. 4a and 4b respectively plot an amplitude of the signal S in any unit, that is to say the echo, in FIG Dependence of its frequency f, in the unit Hertz, that is 1 / second. In a frequency band A, the signal S is attenuated depending on the direction. In a frequency band B, the signal S is directionally amplified. The signal S falls, for example, from behind on the directional filter. With this echo incident 15, the sonator 14 of the directional filter 10 is excited, which in comparison to the other resonators 14 of the resonator system of the directional filter 10 has a high natural frequency of, for example, 1000 hertz. The other resonators are not excited from behind because of their respective shape, size and / or arrangement in this echo incidence 15. Therefore, all other frequencies are substantially attenuated. From the maximum of the signal at 1000 hertz, it follows in turn that the echo has fallen from behind.
Fig. 5 stellt den Ablauf des Verfahrens zur Lokalisation des Objekts 3, an dem ein Signal reflektiert wurde, dar. Der Horizontaleinfallswinkel 7 in der Horizontalebene 8 über Laufzeitmessung von einem Empfänger 22 zum anderen Empfänger 22 bestimmt. Der Vertikaleinfallswinkel 9 in der Medianebene wird durch den Richtungsfilter 10 bestimmt. Der Richtungsfilter 10 stellt einen selektiven richtungsabhängigen Filter dar, welcher als räumliche Struktur um den Empfänger 22 angeordnet ist. Über die Laufzeitmessung kann ferner eine Entfernungsschätzung erhalten werden. Die Art des Objekts 3 wird durch eine Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung erkannt. Durch Verarbeitung der Daten beider Empfänger 22 kann mittels des Stereoprinzips ein dreidimensionales Bild von dem Objekt 3 erzeugt werden. 5 illustrates the sequence of the method for localization of the object 3 on which a signal was reflected. The horizontal incident angle 7 in the horizontal plane 8 is determined by transit time measurement from one receiver 22 to the other receiver 22. The vertical angle of incidence 9 in the median plane is determined by the directional filter 10. The directional filter 10 represents a selective directional filter which is arranged around the receiver 22 as a spatial structure. Furthermore, a distance estimation can be obtained via the transit time measurement. The type of object 3 is detected by a frequency analysis and / or pattern recognition. By processing the data of both receivers 22, a three-dimensional image of the object 3 can be generated by means of the stereo principle.
Der Vorteil der Erfindung liegt u.a. darin, dass eine Echoortung tageszeitunabhängig ist. Außerdem ist ein Ultraschallsensor, mit dem eine Echoortung durchgeführt werden kann, als Umfelderfassungseinrichtung gegen Wetterstörungen weniger empfindlich als z.B. ein Lidar. Bisher sind Ultraschallsensoren als Abstandssensoren zur Ortung von Objekten 3 in einer Ebene um das Fahrzeugl herum bekannt, z.B. The advantage of the invention lies i.a. in that echolocation is independent of time of day. In addition, an ultrasonic sensor with which echolocation can be performed is less sensitive to environmental disturbances than environmental detection equipment. a lidar. Heretofore, ultrasonic sensors are known as distance sensors for locating objects 3 in a plane around the vehicle, e.g.
Parksensoren. Mit dem erfindungsgemäßen Richtungsfilter 10 und der Umfelderfassungseinrichtung 20 wird eine dreidimensionale Messung der räumlichen Umgebung mittels Ultraschall ermöglicht.
Bezuaszeichen Fahrzeug Parking sensors. With the directional filter 10 according to the invention and the surroundings detection device 20, a three-dimensional measurement of the spatial environment by means of ultrasound is made possible. Bezuaszeichen vehicle
Medianebene median plane
Objekt object
Umfeld environment
Außenstruktur external structure
Verkleidung paneling
Horizontaleinfallswinkel Horizontal angle of incidence
Horizontalebene WL
Vertikaleinfallswinkels Vertical angle of incidence
Richtungsfilter directional filter
Fläche surface
Erhöhung increase
Vertiefung deepening
Resonator resonator
Echoeinfallsrichtung Echo incident direction
Öffnung opening
Umfelderfassungseinrichtung Surroundings sensing device
Sender transmitter
Empfänger receiver
Abstand distance
Ohrreliefform Ear relief shape
Helix helix
a Crus helicis a crus helicis
Scapha scapha
Anthelix anthelix
a Crus superius anthelicisa Crus superius anthelicis
b Crus inferius anthelicis b Crus inferius anthelicis
Fossa triangularis Fossa triangularis
a Cymba conchaea Cymba conchae
b Cavum conchae b Cavum conchae
Tragus
36a Antitragustragus 36a Antitragus
37 Lobulus auriculae A Frequenzband37 Lobulus auriculae A frequency band
B FrequenzbandB frequency band
S Signal f Frequenz
S signal f frequency
Claims
1. Richtungsfilter (10) für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) aufweisend A directional filter (10) for an echo locating environment detection device (20) of a vehicle (1) comprising
- eine Fläche (11) mit einer Erhöhung (12) und/oder einer Vertiefung (13), wobei - A surface (11) having an elevation (12) and / or a recess (13), wherein
- die Erhöhung (12) und/oder die Vertiefung (13) jeweils einen Resonator (14) bilden und - The elevation (12) and / or the recess (13) each form a resonator (14) and
- bei einem Echoeinfall der jeweilige Resonator (14) in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung (15) anregbar ist. - In an echo incident, the respective resonator (14) in response to an echo arrival direction (15) can be excited.
2. Richtungsfilter (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 2. directional filter (10) according to claim 1, characterized in that
- der Resonator (14) eine von einer Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung (12) und/oder der Vertiefung (13) abhängige Eigenfrequenz aufweist, wobei - The resonator (14) has one of a shape, size and / or arrangement of the elevation (12) and / or the recess (13) dependent natural frequency, wherein
- der Richtungsfilter (10) ausgeführt ist, bei dem Echoeinfall in Abhängigkeit der Echoeinfallsrichtung (15) ein Frequenzband aus einem Echospektrum, in dem die Eigenfrequenz des Resonators (14) liegt, auszuwählen, vorzugsweise durch jeweilige Verstärkung und/oder Dämpfung des Echospektrums. - The directional filter (10) is executed, in the echo incident depending on the Echoeinfallsrichtung (15) a frequency band of an echo spectrum in which the natural frequency of the resonator (14) is to select, preferably by respective amplification and / or attenuation of the echo spectrum.
3. Richtungsfilter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (11 ) eine Ohrreliefform (30) aufweist mit mehreren Erhöhungen (12) und/oder Vertiefungen (13), vorzugsweise in Form einer Helix (31 ), Crus helicis (31a), Scapha (32), Anthelix (33) mit Crus superius anthelicis (33a) und Crus inferius anthelicis (33b), Fossa triangularis (34), Cymba conchae (35a) und Cavum conchae (35b), Tragus (36), Antitragus (36a) und/oder Lobulus auriculae (37). 3. directional filter (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the surface (11) has an ear-relief mold (30) with a plurality of elevations (12) and / or depressions (13), preferably in the form of a helix (31), Crus helicis (31a), Scapha (32), Anthelix (33) with Crus superius anthelicis (33a) and Crus inferius anthelicis (33b), Fossa triangularis (34), Cymba conchae (35a) and Cavum conchae (35b), Tragus (35) 36), antitragus (36a) and / or lobulus auriculae (37).
4. Richtungsfilter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) aus Kunststoff, Kunstharz, Keramik, Metall oder einer Kombination der vorangehenden Materialien gefertigt ist. 4. directional filter (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the directional filter (10) made of plastic, synthetic resin, ceramic, metal or a combination of the preceding materials is made.
5. Richtungsfilter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) durch ein Spritzgussverfahren oder eine additive Fertigung hergestellt ist.
5. directional filter (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the directional filter (10) is made by an injection molding process or an additive manufacturing.
6. Verwendung eines Richtungsfilters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) zur Lokalisation einer Echoquelle in einer Medianebene (2). 6. The use of a directional filter (10) according to one of claims 1 to 5 in an echo locating surrounding Umfassungsfassungseinrichtung (20) of a vehicle (1) for locating an echo source in a median plane (2).
7. Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) zur Echoortung eines Objekts (3) in einem Umfeld (4) des Fahrzeuges (1 ) aufweisend 7. surroundings detection device (20) of a vehicle (1) for Echoortung an object (3) in an environment (4) of the vehicle (1) having
- einen Sender (21 ), der ausgeführt ist, ein Signal zu senden, a transmitter (21) configured to send a signal,
- einen Empfänger (22), der ausgeführt ist, das Signal nach Reflektion an dem Objekt (3) zu empfangen, und a receiver (22) adapted to receive the signal after reflection on the object (3), and
- einen Richtungsfilter (10), der ausgeführt ist, ein Frequenzband aus einem Echospektrum in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung (15) zu verstärken und/oder zu dämpfen. - A directional filter (10), which is designed to amplify a frequency band of an echo spectrum in response to an Echoeinfallsrichtung (15) and / or to attenuate.
8. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) ein Richtungsfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist. 8. surroundings detection device (20) according to claim 7, characterized in that the directional filter (10) is a directional filter (10) according to one of claims 1 to 5.
9. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) in eine Außenstruktur (5) oder eine Verkleidung (6) des Fahrzeuges (1 ) als Stilelement oder verdeckt anordenbar ist. 9. surroundings detection device (20) according to claim 7 or 8, characterized in that the directional filter (10) in an outer structure (5) or a lining (6) of the vehicle (1) as a style element or concealed can be arranged.
10. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfelderfassungseinrichtung (20) ein Ultraschallsensor ist. 10. environment sensing device (20) according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the Umfeldfassungseinrichtung (20) is an ultrasonic sensor.
11. Verfahren zur Lokalisation eines Objekts (3) mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ), wobei die Umfelderfassungseinrichtung (20) wenigstens zwei Empfänger (22) aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten: 11. A method for localization of an object (3) with an echo locating surroundings detection device (20) of a vehicle (1), wherein the surroundings detection device (20) has at least two receivers (22), with the following method steps:
- Bestimmen eines Horizontaleinfallswinkels (7) eines an dem Objekt (3) reflektierten Echos in einer Horizontalebene (8), in der die Empfänger (22) angeordnet sind, durch Messen von Laufzeitdifferenzen zwischen den Empfängern (22) und
- Bestimmen eines Vertikaleinfallswinkels (9) in einer Medianebene (2) mit einem Richtungsfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Richtungsfilter (10) wenigstens einen der Empfänger (22) umgibt. Determining a horizontal incident angle (7) of an echo reflected on the object (3) in a horizontal plane (8) in which the receivers (22) are arranged by measuring propagation time differences between the receivers (22) and - Determining a vertical angle of incidence (9) in a median plane (2) with a directional filter (10) according to one of claims 1 to 5, wherein the directional filter (10) surrounds at least one of the receiver (22).
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Entfernung des Objekts (3) durch die Laufzeitdifferenzen bestimmt wird. 12. The method according to claim 1 1, characterized in that a distance of the object (3) is determined by the transit time differences.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klassifikation des Objekts (3) anhand einer Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung erfolgt. 13. The method of claim 1 1 or 12, characterized in that a classification of the object (3) based on a frequency analysis and / or pattern recognition.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Objekt (3) anhand der Laufzeitdifferenzen ein Abbild, vorzugsweise ein dreidimensionales Abbild, erzeugt wird. 14. The method according to any one of claims 1 1 to 13, characterized in that of the object (3) based on the differences in transit time an image, preferably a three-dimensional image, is generated.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Umfelderfassungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 verwendet wird.
15. The method according to any one of claims 1 1 to 14, characterized in that for carrying out the method, an environment detecting device (20) is used according to one of claims 7 to 10.
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