WO2019141648A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines akustischen sensors - Google Patents

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acoustic
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acoustic sensor
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Michael Schumann
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    • B60R19/48—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects combined with, or convertible into, other devices or objects, e.g. bumpers combined with road brushes, bumpers convertible into beds
    • B60R19/483—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects combined with, or convertible into, other devices or objects, e.g. bumpers combined with road brushes, bumpers convertible into beds with obstacle sensors of electric or electronic type

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for the
  • ultrasound systems For detecting the surroundings in the vicinity of a vehicle, ultrasound systems with up to six sensors per bumper are typically used.
  • the prior art systems being built in one plane, can detect the lateral position of an object via trilateration, but the object position can not be determined in elevation.
  • One approach to still determine override is to track the echo amplitude trend. Reflexes at the sensor level show a higher signal amplitude when approaching than near-ground objects whose
  • this approach fails if there is no relative movement between the object and the vehicle. This is the case, for example, when the vehicle is stationary or moving perpendicular to the object.
  • the inventive method for operating an acoustic sensor comprises emitting an acoustic signal by means of the acoustic sensor, wherein a first signal portion of the acoustic signal has a first frequency and a second signal portion of the acoustic signal has a second frequency, wherein an opening angle of the acoustic sensor for the first frequency and the second frequency is different, receiving the acoustic signal by the acoustic sensor after it has been reflected on an object and evaluating the received acoustic signal based on a signal amplitude of the first signal component and a signal amplitude of the second signal component of the received signal acoustic signal to determine an elevation angle, wherein the elevation angle describes a positional deviation of the object from a sensor axis of the acoustic sensor.
  • the inventive device for operating an acoustic sensor comprises a control device which is adapted to emit an acoustic signal by means of the acoustic sensor, wherein a first
  • Signal portion of the acoustic signal has a first frequency and a second signal portion of the acoustic signal has a second frequency, wherein an opening angle of the acoustic sensor for the first frequency and the second frequency is different to receive the acoustic signal by means of the acoustic sensor, after this an object and to evaluate the received acoustic signal to determine a signal amplitude of the first signal component and a signal amplitude of the second signal component of the received acoustic signal
  • the acoustic sensor is a sensor that works on the echo principle.
  • the opening angle of the acoustic sensor is an angle which defines a region in which the acoustic signal is emitted from the acoustic sensor into its environment.
  • the opening angle describes a curvature between the sensor axis and a transmission direction emanating from the acoustic sensor, wherein a signal amplitude of the acoustic signal for an associated frequency decreases significantly if the angle is greater than the opening angle.
  • the frequency associated with an opening angle is usually not sharply defined.
  • the opening angle typically indicates the angle at which the transmission amplitude drops by 3 dB. According to the invention, however, it is not necessary to know exactly the opening angle associated with a frequency, as long as the opening angle of the acoustic sensor for the first frequency and the second frequency is different when viewed in the same way. It is therefore sufficient if the
  • Opening angle is known, with a rough and thus not accurate indication of the opening angle is sufficient.
  • the received acoustic signal is that reflected on an object
  • the received acoustic signal also includes the first signal component and the second signal component of the acoustic signal. This means that the received acoustic signal and the emitted acoustic signal correspond to each other
  • the elevation angle is a swing between the sensor axis and a transmission direction in which the object at which the acoustic signal was reflected is located. Due to the elevation angle is at appropriate
  • Attachment of the acoustic sensor describes an altitude of the object. However, it should be noted that with a corresponding arrangement of the acoustic sensor, a position of the object relative to the acoustic sensor in a horizontal plane can be determined.
  • a variation of the opening angle of the acoustic sensor takes place.
  • a change in the opening angle of the acoustic sensor is thus achieved by modulation of the transmission frequency.
  • Device can also be operated with acoustic sensors can, which are specially designed so that an opening angle of the acoustic sensor varies with the frequency of the acoustic signal.
  • the acoustic signal is preferably a chirp.
  • a chirp is a signal with a changing over a time course, in particular continuously changing, frequency.
  • a particularly large number of frequencies that is to say a particularly large number of signal components of different frequencies, are provided in an acoustic signal.
  • another chirp can be used
  • the acoustic signal of the acoustic sensor can be distinguished after reflection on the object of such signals, which are emitted by other sensors.
  • the acoustic signal is a pulsed signal with pulses of constant frequency. This makes it particularly easy to identify a signal component of the emitted acoustic signal in the received acoustic signal.
  • the evaluation of the received acoustic signal normalizes the signal amplitudes of the first signal component and the second signal component, and the elevation angle is determined based on a normalized signal amplitude of the first signal component and a normalized signal amplitude of the second signal component of the received acoustic signal .
  • the signal amplitudes are preferably multiplied by a frequency-dependent correction factor. This can be compensated in an evaluation that a signal amplitude of those signal components to which a wider opening angle is associated, is usually less than a signal amplitude of such signal components, which is associated with a smaller opening angle, as focused at a smaller opening angle, an energy of the respective signal component is delivered. It is also advantageous if, during the evaluation of the received acoustic signal, a directional characteristic of the acoustic sensor is accessed, which for the first frequency and for the second frequency
  • the evaluation of the received acoustic signal in order to determine the elevation angle comprises a trilateration, wherein a position of the object relative to the acoustic sensor in one
  • Azimuth angle in particular in a horizontal direction relative to the acoustic sensor, is described, and a correction of the directional characteristic based on the azimuth angle takes place. So can an influence of a
  • a horizontal opening angle of the acoustic sensor is greater than a vertical opening angle of the acoustic sensor.
  • the vertical opening angle is an angle which lies in a common plane with the elevation angle.
  • the horizontal opening angle is an angle which lies in a plane perpendicular to the common plane in which the elevation angle lies. It is preferably a
  • Opening angle is in a vertical plane.
  • the horizontal opening angle is preferably in a range of ⁇ 60 °
  • the vertical opening angle is preferably in a range of ⁇ 30 °.
  • the range is preferably a deviation of 5 °.
  • the acoustic sensor is an ultrasonic sensor, which a
  • Membrane dripping design has. Such acoustic sensors are widely used and already have the necessary properties for the acoustic sensor. It is thus possible to apply the method to existing sensor systems.
  • the evaluation of the received acoustic signal in order to determine an elevation angle is carried out in response to the fact that a system comprising the acoustic sensor has been started or a presence of an object has been detected.
  • the method is repeated until a predetermined period of time has elapsed, no object is detected, or an alternative system is ready for operation.
  • Figure 1 is an illustration of a flowchart of a method for
  • Figure 2 is a schematic representation of an apparatus for operating an acoustic sensor according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a graphic representation of a directional characteristic of an acoustic sensor, which shows a relationship between an elevation angle, a signal amplitude of the
  • FIG. 1 shows a flowchart of a method for operating an acoustic sensor 1 according to an embodiment of the invention. The method is carried out by a device for operating the acoustic sensor 1, wherein the device comprises a control device 4 and the acoustic sensor 1.
  • the device for operating the acoustic sensor 1 is shown in FIG. 2, the device being arranged on a vehicle 5.
  • the acoustic sensor 1 is arranged on a front of the vehicle 5.
  • the acoustic sensor 1 is coupled to the control device 4, which is, for example, an analog signal processing unit, which for example comprises a filter bank, or a digital signal processing unit.
  • a sensor axis 3 of the acoustic sensor 1 is aligned such that an environment of the vehicle 5 located in front of the vehicle 5 is detected.
  • the control device 4 which is, for example, an analog signal processing unit, which for example comprises a filter bank, or a digital signal processing unit.
  • a sensor axis 3 of the acoustic sensor 1 is aligned such that an environment of the vehicle 5 located in front of the vehicle 5 is detected.
  • such objects 2 are detected, which are located in front of the vehicle 5.
  • the acoustic sensor 1 has a primary detection direction. This primary detection direction is described by a sensor axis 3 of the acoustic sensor 1. This means, for example, that the acoustic sensor 1 has a maximum range in the direction of the sensor axis 3. It can be seen that the sensor axis 3 is not a physical component, but merely describes a property of the acoustic sensor 1.
  • the method according to the invention is started when the device for operating the acoustic sensor 1 is put into operation. This is typically the case when the vehicle 5 is put into operation.
  • a first method step 101 of the method according to the invention is thus carried out in response to a system comprising the acoustic sensor 1 being started.
  • an acoustic signal is emitted by means of the acoustic sensor 1, wherein a first signal component of the acoustic signal has a first frequency and a second signal component of the acoustic signal has a second frequency.
  • a chirp is emitted by the acoustic sensor or it is a pulsed signal with pulses of constant but different frequency
  • the acoustic signal is a chirp, then this has a continuously variable over time frequency.
  • the first signal component and the second signal component are specific time ranges in the chirp. If the acoustic signal is a pulsed signal with pulses of constant frequency in each case, an acoustic signal with the first frequency and for a subsequent period the acoustic signal with the second frequency is transmitted for a first period of time.
  • the time range of the acoustic signal in which this has the first frequency is referred to as the first signal component
  • the proportion of the acoustic signal in which it has the second frequency is referred to as the second signal component.
  • the acoustic signal may comprise further signal components of any desired frequency.
  • the second signal component takes place temporally directly on the first signal component.
  • the acoustic signal can have any number of signal components that are evaluated with the same method.
  • An opening angle of the acoustic sensor 1 is different for the first frequency and the second frequency.
  • the opening angle is an angle between an outgoing from the acoustic sensor 1 direction and the sensor axis 3, wherein a signal amplitude of the acoustic within the defined by the opening angle transmission direction of the acoustic sensor 1 is greater than outside of this defined by the opening angle transmission direction.
  • a signal amplitude of an acoustic signal reflected by the object 2 is greater when the reflecting object 2 is in the transmission direction of the acoustic sensor 1 defined by the opening angle than when it lies outside. Accordingly, in the exemplary position of the object 2 shown on the left in FIG. 2, the reflected acoustic signal would have a higher signal amplitude than in the exemplary position of the object 2 shown on the right in FIG. 2. This applies both to the first one Signal component with the first frequency as well as the second signal component with the second frequency.
  • the opening angle does not define a sharply defined area.
  • the acoustic sensor 1 is an ultrasonic sensor in the embodiment described here. This has a diaphragm pot design. This means that a bottom of a diaphragm pot serves as a membrane and by means of a
  • ultrasonic sensors with diaphragm pot design are widely used and have a favorable directional characteristic.
  • Ultrasonic sensors have directional sound radiation and sensitivity in both vertical and horizontal directions. Typically, the horizontal opening angle is in the range of +/- 60 °, the vertical opening angle is +/- 30 °. The close sound radiation in the vertical is due to avoid unwanted ground reflections, as these require a higher Ausblendungsschwelle and thus a lower sensitivity of the sensor.
  • the opening angle of the sound radiation is dependent on the ratio of wavelength to ultrasound sensors with diaphragm cup design
  • Membrane pot diameter The latter is a fixed geometric design feature of the transducer and can not be changed naturally during operation.
  • the wavelength can be influenced by the transmission frequency.
  • the sensors In order to achieve the typical opening angles mentioned above, the sensors are usually operated at 48 kHz with approximately 15 mm membrane outside diameter. At higher transmission frequencies, smaller ones result
  • Opening angle at lower frequencies larger opening angle.
  • the resulting frequency-dependent directional characteristic is thus also a design feature of a converter.
  • other acoustic sensors can be used, since many acoustic sensors for different frequencies have a different opening angle.
  • the acoustic sensor 1 is such a sensor, in which this behavior is particularly pronounced.
  • a second method step 102 is executed.
  • the acoustic signal is received by means of the acoustic sensor 1 after it has been reflected on the object 2.
  • the received acoustic signal and thus the reflected acoustic signal is converted by the acoustic sensor 1 into an electrical signal and provided to the control device 4.
  • the electrical signal and thus the received acoustic signal is evaluated.
  • an elevation angle Q is determined based on a signal amplitude of the first signal component and a signal amplitude of the second signal component of the received acoustic signal, the elevation angle describing a positional deviation of the object 2 from the sensor axis 3 of the acoustic sensor 1.
  • the elevation angle Q is an angle located in the drawing plane shown. With reference to the vehicle 5, the elevation angle Q is thus a vertically located angle.
  • at least portions of the object 2 lie directly on the sensor axis 3.
  • the deviation of the object 2 from the sensor axis is zero or can be described by the elevation angle Q of 0 °.
  • the object 2 does not extend into the sensor axis 3, but is so low that it lies below the sensor axis 3. The position of the object 2 thus deviates from the
  • Sensor axis 3 is, or can be described by the elevation angle Q, which exists between the sensor axis 3 and a straight line which connects the acoustic sensor 1 with the object 2. It can be seen that there is a direct geometric dependence between the elevation angle Q and the distance D here. In the following, the elevation angle Q is determined. It should be noted, however, that also the distance D can be determined, since by the acoustic sensor 1 by means of the echo principle also a Distance to the object 2 is known and thus a conversion is possible.
  • the elevation angle Q does not necessarily have to be determined as an exact value. For example, it is sufficient to determine whether the
  • Elevation angle Q is greater or smaller than a predetermined value, to detect a Studentsfahrbuch an object 2.
  • Control device 4 accessed a directional characteristic 10 of the acoustic sensor 1.
  • This directional characteristic 10 defines a relationship between signal amplitude and elevation angle of the received acoustic signal for the first frequency and for the second frequency.
  • Directional characteristic 10 is shown by way of example in FIG.
  • a directional characteristic 10 is shown in front of a normalization in Figure 3 on the left.
  • a vertical directional characteristic of the echo amplitude is shown with a dependence on the transmission frequency of the acoustic sensor 1.
  • the directional characteristic is shown after normalization.
  • a normalized vertical directional characteristic 20 with dependence on the transmission frequency is shown in the center.
  • Figure 3 right is a representation 30 of the normalized
  • Directional characteristic 20 shown in a course of the echo amplitudes when varying the transmission frequency for reflections from different elevation angles Q is shown.
  • the directional characteristic 10 shown on the left in FIG. 3. This is stored as a data record in the control device 4 and was previously determined, for example, computationally or experimentally.
  • the elevation angle Q is shown on an X-axis and the signal amplitude A of the received acoustic signal is shown on a Y-axis.
  • the signal amplitude of the received acoustic signal is given for each elevation angle Q, which is to be expected when the acoustic signal was reflected at an object 2 whose position relative to the acoustic sensor 1 is described by the respective elevation angle Q.
  • a first curve 11, a second curve 12 and a third curve 13 are shown in the directional characteristic 10.
  • the first curve 11 is the first one
  • the second curve 12 is associated with the second frequency, which is for example 48 kHz.
  • the third curve 13 is associated with a third frequency, which is for example 60 kHz.
  • At the origin of the diagram shown is an elevation angle Q from 0 ° ago. It can be seen that a signal amplitude of the received acoustic signal for each of the first to third frequencies has a maximum for the elevation angle Q of 0 °. The further the object 2 deviates from the sensor axis 3, ie, the greater the elevation angle Q, the lower the signal amplitude of the received acoustic signal for the associated transmission direction. It can be seen that the signal amplitude with the
  • Elevation angle Q for the different frequencies drops at different speeds. This difference makes it possible to deduce the position of the object 2, that is to say the elevation angle Q.
  • a normalization of the signal amplitudes of the first signal component and the second signal component first follows.
  • the elevation angle Q is determined in the further course of the method based on the normalized signal amplitude of the first signal component and a normalized signal amplitude of the second signal component of the received acoustic signal.
  • the values of the first to third curves 11 to 13 are multiplied by a gain. This is chosen for each of the curves 11 to 13 so that the respective one of the first to third curve 11 to 13 is displaced along the vertical axis, that all curves 11 to 13 for a
  • Elevation angle Q of 0 ° have an equal value. This is illustrated in the standardized directional characteristic 20 shown in FIG. 3 in the middle.
  • the elevation angle Q is shown on an X-axis and the normalized signal amplitude A n of the received acoustic signal is shown on a Y-axis.
  • a normalized first curve 11 ' is shown, which is associated with the first frequency
  • a normalized second curve 12' is shown, which is associated with the second frequency
  • the normalized first, second and third curves 11 ' , 12 ' , 13 ' are for the
  • Elevation angle Q of 0 ° the same value.
  • Signal amplitudes of the first signal component and the second signal component of the received acoustic signal of the associated elevation angle Q determined.
  • This determination of the associated elevation angle Q is based, for example, on the representation 30 of the normalized representation 30 shown on the right in FIG Directional characteristic 20 described. In the illustration 30 shown, a separate curve is shown for each elevation angle Q. It can thus be seen that, for example, those present for a first elevation angle qi
  • Signal amplitudes for the first to third frequency lie on a common curve. This curve is shown as a first elevation curve 21 in FIG. 3 on the right. The same applies to other elevation angles than the first elevation angle qi. For example, those for a second
  • Elevation angle q 2 present signal amplitudes for the first to third frequency on a common curve. This curve is as a second
  • Elevation curve 22 shown in Figure 3 right Elevation curve 22 shown in Figure 3 right.
  • a separate curve results for each possible elevation angle Q.
  • the curves shown in Figure 3 correspond to each other in information content.
  • the control device 4 can thus access any of these curves, and evaluate them accordingly.
  • the acoustic signal comprises the first signal component, which has the first frequency, and the second signal component, which has the second frequency.
  • the first frequency has the value f1 and the second frequency has the value f2.
  • a value of the signal amplitude of the received acoustic signal for the first signal component and thus for the first frequency has the value A1.
  • a value of the signal amplitude of the received acoustic signal for the second signal component and thus for the second frequency has the value A2.
  • the points thus defined are shown on the right in FIG. It can be seen that these lie on a common curve, here on the first elevation curve 21, this curve being associated with a specific elevation angle Q, here the first elevation angle qi.
  • the thus determined associated elevation angle Q describes the positional deviation of the object 2 from the sensor axis 3.
  • the control device 4 thus determines in the manner described here
  • Embodiment for the first signal component and the second signal component a signal amplitude of the received acoustic signal and normalized by this with the frequency corresponding to the gain factor multiplied. Based on these normalized signal amplitudes and the known frequencies, an associated elevation curve can thus be identified, which is associated with an elevation angle Q. The thus determined associated elevation angle Q describes the positional deviation of the object 2 from the sensor axis 3.
  • Signal component having the third frequency or other frequencies having the third frequency or other frequencies.
  • the acoustic signal is a chirp
  • the acoustic sensor 1 has a horizontal opening angle which is greater than a vertical opening angle of the acoustic sensor 1. This proves to be advantageous on the one hand because in such an arrangement an influence of
  • a trilateration is performed based on the measured values of a plurality of acoustic sensors in order to determine a position of the object relative to the acoustic sensor in an azimuth angle which describes a position of the object 2 relative to the acoustic sensor 1 in a horizontal direction.
  • a correction of the directional characteristic 10 is based on the azimuth angle.
  • a selection of the directional characteristic 10 is based on the azimuth angle, wherein for each Azimuthwinkel its own
  • Directional characteristic 10 is deposited. So can an influence of a Position deviation of the object 2 in a direction which is not described by the elevation angle Q, to be compensated and does not lead to a distortion of the detected elevation angle Q.
  • the determined elevation angle Q describes the positional deviation of the object 2 from the sensor axis 3 and is provided for further use.
  • the elevation angle Q is provided together with a distance detected by the acoustic sensor 1 to the object 2 for a system by which an override of objects is estimated. For this purpose, for example, based on the detected distance a
  • Threshold provided, which describes an associated elevation angle Q, which must not be exceeded, in order to ensure a Kochfahrbuch the object 2.
  • the method is executed in a loop by branching back to the first method step 101.
  • the reflection points due to the law of reflection are (approximately) at sensor height and thus on the sensor axis 3.
  • the sensor installation height h is a distance that the acoustic sensor 1 is arranged above a road surface on the vehicle 5.
  • the reflections are measured, depending on the object height, at the elevation angle Q with respect to the vertical sensor axis 3.
  • the transmission frequency of the acoustic sensor 1 is varied over as large a frequency range as possible in order to vary the aperture angle, and to analyze the course of the normalized echo amplitude, ie the normalized signal amplitude of the received acoustic signal.
  • the correction factor k (f) is thus a known design feature of the converter. To achieve higher Accuracies k (f) can also be measured at the end of a production line and stored in the acoustic sensor 1.
  • Elevation angle Q are deposited.
  • the prior art methods e.g., fitting, correlation analysis
  • the effect is not so pronounced, on the other hand, it can be corrected at known azimuth angles.
  • the azimuth angle is obtained by trilateration in the sensor system.
  • the method can also be carried out with fewer pulses, but at least two.
  • a frequency-modulated excitation with increasing or decreasing frequency preferably with a linear change of the frequency over time.
  • a design of the chirp with a long pulse duration preferably in the range of 10 ms to 2 ms.
  • the analysis of the echo amplitudes is preferably carried out for this case by a filter bank with finely divided ascending center frequencies of the filters.
  • the method is also suitable during the ferry operation of the vehicle 5.
  • a particularly interesting application for the method is the startup of the system for highly automated vehicles. So it seems particularly advantageous to hold a special "altitude measurement” mode of operation after startup and then to go back to a normal measurement mode again.
  • the "Altimeter” mode could be run either always after startup or only triggered by an object detection.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines akustischen Sensors (1). Dabei erfolgt ein Aussenden eines akustischen Signals mittels des akustischen Sensors (1), wobei ein erster Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist, wobei ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors (1) für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich ist, ein Empfangen des akustischen Signals mittels des akustischen Sensors (1), nachdem dieses an einem Objekt (2) reflektiert wurde; und ein Auswerten des empfangenen akustischen Signals, um basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals einen Elevationswinkels (Θ) zu ermitteln, wobei der Elevationswinkel (Θ) eine Positionsabweichung des Objektes (2) von einer Sensorachse (3) des akustischen Sensors (1) beschreibt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines akustischen Sensors
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betreiben eines akustischen Sensors.
Insbesondere bei Umfelderfassungssystemen im Automobilbereich ist es wünschenswert, die Höhe eines Objektes bestimmen zu können, um damit eine Überfahrbarkeit des Objektes zu klassifizieren.
Zur Umfelderfassung im Nahbereich eines Fahrzeuges werden typischerweise Ultraschallsysteme mit bis zu sechs Sensoren pro Stoßfänger eingesetzt. Die Systeme aus dem Stand der Technik können, da sie in einer Ebene verbaut sind, über Trilateration die laterale Position eines Objektes erfassen, jedoch kann die Objektposition nicht in einer Elevation bestimmt werden.
Ein Ansatz, die Überfahrbarkeit dennoch zu bestimmen, besteht darin, den Echoamplitudenverlauf zu verfolgen. Reflexe auf Sensorebene zeigen bei Annäherung eine höhere Signalamplitude als bodennahe Objekte, deren
Echoamplitude aufgrund des schmalen vertikalen Öffnungswinkels stark abnimmt. Dieser Ansatz scheitert jedoch, wenn keine relative Bewegung zwischen Objekt und Fahrzeug stattfindet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Fahrzeug steht oder sich senkrecht zum Objekt bewegt.
Bei hochautomatisierten Systemen kommt dem Anwendungsfall der
Anfahrtfreigabe nach Startup (Fahrzeug steht) eine besondere Bedeutung zu. Hierfür ist eine Kenntnis einer Objekthöhe bereits erforderlich, wobei das
Fahrzeug typischerweise steht. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines akustischen Sensors umfasst ein Aussenden eines akustischen Signals mittels des akustischen Sensors, wobei ein erster Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist, wobei ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich ist, ein Empfangen des akustischen Signals mittels des akustischen Sensors, nachdem dieses an einem Objekt reflektiert wurde und ein Auswerten des empfangenen akustischen Signals, um basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals einen Elevationswinkels zu ermitteln, wobei der Elevationswinkel eine Positionsabweichung des Objektes von einer Sensorachse des akustischen Sensors beschreibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben eines akustischen Sensors umfasst eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist ein akustisches Signal mittels des akustischen Sensors auszusenden, wobei ein erster
Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist, wobei ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich ist, das akustische Signal mittels des akustischen Sensors zu empfangen, nachdem dieses an einem Objekt reflektiert wurde, und das empfangene akustische Signal auszuwerten, um basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals einen
Elevationswinkels zu ermitteln, wobei der Elevationswinkel eine
Positionsabweichung des Objektes von einer Sensorachse beschreibt.
Der akustische Sensor ist dabei ein Sensor, der auf dem Echoprinzip arbeitet.
Der Öffnungswinkel des akustischen Sensors ist ein Winkel, welcher einen Bereich definiert, in welchem das akustische Signal von dem akustischen Sensor in seine Umwelt abgegeben wird. Der Öffnungswinkel beschreibt dabei insbesondere einen Wnkel zwischen der Sensorachse und einer von dem akustischen Sensor ausgehenden Senderichtung, wobei eine Signalamplitude des akustischen Signals für eine zugehörige Frequenz signifikant abnimmt, wenn der Winkel größer als der Öffnungswinkel ist. Der einer Frequenz zugehörige Öffnungswinkel ist zumeist nicht scharf abgegrenzt. Der Öffnungswinkel gibt typischerweise den Wnkel an, bei dem die Sendeamplitude um 3 dB abfällt. Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht notwendig den einer Frequenz zugehörigen Öffnungswinkel genau zu kennen, solange der Öffnungswinkel des akustischen Sensors für die erste Frequenz und die zweite Frequenz bei gleichartiger Betrachtung unterschiedlich ist. Es ist somit ausreichend, wenn der
Öffnungswinkel bekannt ist, wobei eine grobe und somit nicht genaue Angabe über den Öffnungswinkel hinreichend ist.
Das empfange akustische Signal ist das an einem Objekt reflektierte
ausgesendete akustische Signal. Daher umfasst das empfangene akustische Signal ebenfalls den ersten Signalanteil und den zweiten Signalanteil des akustischen Signals. Das bedeutet, dass das empfange akustische Signal und das ausgesendete akustische Signal zueinander korrespondierende
Signalanteile aufweisen.
Der Elevationswinkel ist ein Wnkel zwischen der Sensorachse und einer Senderichtung, in welcher das Objekt gelegen ist, an dem das akustische Signal reflektiert wurde. Durch den Elevationswinkel wird bei entsprechender
Anbringung des akustischen Sensors eine Höhenlage des Objektes beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei einer entsprechenden Anordnung des akustischen Sensors auch eine Lage des Objektes gegenüber dem akustischen Sensor in einer horizontalen Ebene ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß erfolgt durch das Ändern einer Frequenz des akustischen Signals eine Variation des Öffnungswinkels des akustischen Sensors. Eine Änderung des Öffnungswinkels des akustischen Sensors wird somit durch Modulation der Sendefrequenz erreicht. Es wird darauf hingewiesen, dass dies bei einer Vielzahl von aktuellen Ultraschallsensoren bereits der Fall ist, ohne dass diese speziell dafür entwickelt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines akustischen Sensors bzw. die dazugehörige Vorrichtung können somit mit einer Vielzahl von akustischen Sensoren genutzt werden, welche oftmals auch besonders kostengünstig verfügbar sind. Dies schließt jedoch nicht aus, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die
erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit akustischen Sensoren betrieben werden kann, welche speziell so ausgeführt sind, dass ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors sich mit der Frequenz des akustischen Signals verändert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das akustische Signal ist bevorzugt ein Chirp. Ein Chirp ist ein Signal mit einer sich über einen Zeitverlauf ändernden, insbesondere kontinuierlich ändernden, Frequenz. Durch solch einen Chirp werden besonders viele Frequenzen, also besonders viele Signalanteile unterschiedlicher Frequenz, in einem akustischen Signal bereitgestellt. Gleichzeitig kann durch einen Chirp eine weitere
Optimierung des akustischen Sensors für sein Umfeld erfolgen, so kann beispielsweise das akustische Signal des akustischen Sensors nach einer Reflektion an dem Objekt von solchen Signalen unterschieden werden, welche von anderen Sensoren ausgesandt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das akustische Signal ein gepulstes Signal mit Pulsen jeweils konstanter Frequenz ist. Dadurch wird es besonders einfach, einen Signalanteil des ausgesandten akustischen Signals in dem empfangenen akustischen Signal zu identifizieren. Das Verfahren mit gepulsten
Festfrequenzen, also eine Verwendung eines gepulsten Signals mit Pulsen jeweils konstanter Frequenz, funktioniert besonders gut, wenn eine große Anzahl von Pulsen mit unterschiedlichen Frequenzen genutzt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Auswerten des empfangenen akustischen Signals ein Normieren der Signalamplituden des ersten Signalanteils und des zweiten Signalanteils erfolgt, und der Elevationswinkels basierend auf einer normierten Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer normierten Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals ermittelt wird. Bei dem Normieren werden die Signalamplituden bevorzugt mit einem frequenzabhängigen Korrekturfaktor multipliziert. Dadurch kann bei einer Auswertung ausgeglichen werden, dass eine Signalamplitude von solchen Signalanteilen, denen ein weiter Öffnungswinkel zugehörig ist, zumeist geringer ist als eine Signalamplitude von solchen Signalanteilen, welchen ein geringerer Öffnungswinkel zugehörig ist, da bei einem geringeren Öffnungswinkel eine Energie des jeweiligen Signalanteils fokussierter abgegeben wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Auswerten des empfangenen akustischen Signals auf eine Richtcharakteristik des akustischen Sensors zugegriffen wird, welcher für die erste Frequenz und für die zweite Frequenz einen
Zusammenhang zwischen Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals und Elevationswinkel definiert. Durch die Richtcharakteristik des akustischen Sensors werden alle für das Auswerten relevanten Informationen in einem einzigen Datensatz zusammengefasst. Die Richtcharakteristik wird dabei bevorzugt durch Tabellen oder Kurven beschrieben.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Auswerten des empfangenen akustischen Signals, um den Elevationswinkels zu ermitteln, eine Trilateration umfasst, wobei eine Lage des Objektes gegenüber dem akustischen Sensor in einem
Azimuthwinkel, insbesondere in einer horizontalen Richtung gegenüber dem akustischen Sensor, beschrieben wird, und eine Korrektur der Richtcharakteristik basierend auf dem Azimuthwinkel erfolgt. So kann ein Einfluss einer
Positionsabweichung des Objektes in einer Richtung, welche nicht durch den Elevationswinkel beschrieben wird, kompensiert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn ein horizontaler Öffnungswinkel des akustischen Sensors größer ist als ein vertikaler Öffnungswinkel des akustischen Sensors.
Dabei ist der vertikale Öffnungswinkel ein Winkel, welcher in einer gemeinsamen Ebene mit dem Elevationswinkel liegt. Der horizontale Öffnungswinkel ist ein Winkel, welcher in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der gemeinsamen Ebene steht, in welcher der Elevationswinkel liegt. Es erfolgt bevorzugt eine
entsprechende Anordnung des akustischen Sensors, so dass der horizontale Öffnungswinkel in einer horizontalen Ebene liegt und der vertikale
Öffnungswinkel in einer vertikalen Ebene liegt. Der horizontale Öffnungswinkel liegt bevorzugt in einem Bereich von ± 60°, der vertikale Öffnungswinkel liegt bevorzugt in einem Bereich von ± 30°. Mit dem Bereich ist dabei bevorzugt eine Abweichung von 5° anzusehen. Bei solchen Öffnungswinkeln ergibt sich der Vorteil, dass ein Einfluss von ungewollten Reflexionen, insbesondere
Bodenreflexionen, gering gehalten wird und zugleich der Unterschied für die Öffnungswinkel für unterschiedliche Frequenzen in vertikaler Richtung größer ist als in horizontaler Richtung. Somit kann eine Höhe von Objekten besonders gut erkannt werden.
Bevorzugt ist der akustische Sensor ein Ultraschallsensor, welcher ein
Membrantropfdesign aufweist. Solche akustischen Sensoren sind weit verbreitet und weisen bereits die für den akustischen Sensor notwendigen Eigenschaften auf. Es ist somit möglich, das Verfahren auf bereits bestehende Sensorsysteme anzuwenden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Auswerten des empfangenen akustischen Signals, um einen Elevationswinkel zu ermitteln, in Reaktion darauf ausgeführt wird, dass ein den akustischen Sensor umfassendes System gestartet wurde oder ein Vorhandensein eines Objektes detektiert wurde. Insbesondere wird das Verfahren so lange widerholt, bis ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, kein Objekt mehr detektiert wird oder ein alternatives System betriebsbereit ist.
Gerade wenn das den akustischen Sensor umfassendes System gestartet wurde, liegt oftmals eine Situation vor, in welcher beispielsweise ein das System umfassendes Fahrzeug sich in einem Stillstand befindet und andere Verfahren zum Ermitteln eines Elevationswinkels nicht funktionsfähig sind. Eine besonders einfache Signalverarbeitung kann erreicht werden, wenn das erfindungsgemäße Auswerten des empfangenen akustischen Signals erst gestartet wird, wenn überhaupt ein Objekt detektiert wurde. Auf diese Weise können
Systemressourcen und Energie gespart werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum
Betreiben eines akustischen Sensors gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben eines akustischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 3 eine graphische Darstellung einer Richtcharakteristik eines akustischen Sensors, welche einen Zusammenhang zwischen einem Elevationswinkel, einer Signalamplitude des
empfangenen akustischen Signals und einer zugehörigen Frequenz darstellt. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines akustischen Sensors 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren wird dabei von einer Vorrichtung zum Betreiben des akustischen Sensors 1 ausgeführt, wobei die Vorrichtung eine Steuervorrichtung 4 und den akustischen Sensor 1 umfasst.
Die Vorrichtung zum Betreiben des akustischen Sensors 1 ist in Figur 2 dargestellt, wobei die Vorrichtung an einem Fahrzeug 5 angeordnet ist. Dabei ist der akustische Sensor 1 an einer Front des Fahrzeuges 5 angeordnet. Der akustische Sensor 1 ist mit der Steuervorrichtung 4 gekoppelt, welche beispielsweise eine analoge Signalverarbeitungseinheit, welche beispielsweise eine Filterbank umfasst, oder eine digitale Signalverarbeitungseinheit ist. Eine Sensorachse 3 des akustischen Sensors 1 ist so ausgerichtet, dass ein vor dem Fahrzeug 5 gelegenes Umfeld des Fahrzeuges 5 erfasst wird. So werden mittels des akustischen Sensors 1 solche Objekte 2 erfasst, welche sich vor dem Fahrzeug 5 befinden.
Der akustische Sensor 1 hat eine primäre Erfassungsrichtung. Diese primäre Erfassungsrichtung wird durch eine Sensorachse 3 des akustischen Sensors 1 beschrieben. Das bedeutet beispielsweise, dass der akustische Sensor 1 eine maximale Reichweite in Richtung der Sensorachse 3 aufweist. Es ist ersichtlich, dass die Sensorachse 3 kein physikalisches Bauelement ist, sondern lediglich eine Eigenschaft des akustischen Sensors 1 beschreibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird gestartet, wenn die Vorrichtung zum Betreiben des akustischen Sensors 1 in Betrieb genommen wird. Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn das Fahrzeug 5 in Betrieb genommen wird. Ein erster Verfahrensschritt 101 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit in Reaktion darauf ausgeführt, dass ein den akustischen Sensor 1 umfassendes System gestartet wird.
In dem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt ein Aussenden eines akustischen Signals mittels des akustischen Sensor 1 , wobei ein erster Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist. So wird von dem akustischen Sensor entweder ein Chirp ausgesendet oder es wird ein gepulstes Signal mit Pulsen jeweils konstanter aber unterschiedlicher Frequenz
ausgesendet. Ist das akustische Signal ein Chirp, so weist dieses eine kontinuierlich über die Zeit veränderliche Frequenz auf. Der erste Signalanteil und der zweite Signalanteil sind dabei bestimmte Zeitbereiche in dem Chirp. Ist das akustische Signal ein gepulstes Signal mit Pulsen jeweils konstanter Frequenz, so wird für einen ersten Zeitraum ein akustisches Signal mit der ersten Frequenz und für einen darauf folgenden Zeitraum das akustische Signal mit der zweiten Frequenz ausgesendet. Der zeitbereich des akustischen Signals, in dem dieses die erste Frequenz aufweist wird als erster Signalanteil bezeichnet, der Anteil des akustischen Signals in dem dieses die zweite Frequenz aufweist wird als zweiter Signalanteil bezeichnet. Zwischen dem ersten Signalanteil und dem zweiten Signalanteil kann das akustische Signal weitere Signalanteile mit beliebiger Frequenz umfassen. Alternativ erfolgt der zweite Signalanteil zeitlich unmittelbar auf den ersten Signalanteil.
Das akustische Signal kann beliebig viele Signalanteile haben, die mit dem gleichen Verfahren ausgewertet werden. Je mehr„Frequenzstützstellen“ existieren, desto besser funktioniert das Verfahren und genauer wird die
Winkelermittlung. Ist das akustische Signal ein linearer Chirp ergibt sich der Vorteil, dass viele Frequenzen innerhalb kurzer Zeit durchfahren werden und damit viele Stützstellen vorliegen.
Ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors 1 ist für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich. Der Öffnungswinkel ist dabei ein Winkel zwischen einer von dem akustischen Sensor 1 ausgehenden Richtung und der Sensorachse 3, wobei eine Signalamplitude des akustischen innerhalb der durch den Öffnungswinkel definierten Senderichtung des akustischen Sensors 1 größer ist als außerhalb dieser durch den Öffnungswinkel definierten Senderichtung. Entsprechend ist eine Signalamplitude eines von dem Objekt 2 reflektierten akustischen Signals größer, wenn sich das reflektierende Objekt 2 in der durch den Öffnungswinkel definierten Senderichtung des akustischen Sensors 1 befindet, als wenn dieses außerhalb liegt. Entsprechend würde bei der in Figur 2 links dargestellten beispielhaften Lage des Objektes 2 das reflektierte akustische Signal eine höhere Signalamplitude aufweisen als bei der in Figur 2 rechts dargestellten beispielhaften Lage des Objektes 2. Dies gilt sowohl für den ersten Signalanteil mit der ersten Frequenz als auch für den zweiten Signalanteil mit der zweiten Frequenz.
Der Öffnungswinkel definiert keinen scharf begrenzten Bereich. So können auch Reflexionen des akustischen Signals zu dem akustischen Sensor 1
zurückgeworfen und empfangen werden, wenn dieses außerhalb eines durch den Öffnungswinkel definierten Bereichs liegt. Allerdings fällt eine
Signalamplitude des reflektierten akustischen Signals und somit des
empfangenen akustischen Signals für die erste Frequenz und die zweite
Frequenz unterschiedlich schnell ab, wenn das Objekt 2 aus der Sensorachse 3 heraus bewegt wird.
Der akustische Sensor 1 ist in der hier beschriebenen Ausführungsform ein Ultraschallsensor. Dieser weist ein Membrantopfdesign auf. Das bedeutet, dass ein Boden eines Membrantopfes als Membran dient und mittels eines
anregenden Elementes, beispielsweise eines Piezoelementes zu Schwingungen angeregt wird. Solche Ultraschallsensoren mit Membrantopfdesign sind weit verbreitet und weisen eine günstige Richtcharakteristik auf. Ultraschallsensoren haben sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen eine gerichtete Schallabstrahlung und Empfindlichkeit. Typischerweise liegt der horizontale Öffnungswinkel im Bereich von +/-60 , der vertikale Öffnungswinkel bei +/- 30°. Die enge Schallabstrahlung in der vertikalen ist darin begründet, unerwünschte Bodenreflexionen zu vermeiden, da diese eine höhere Ausblendungsschwelle und damit eine geringere Empfindlichkeit des Sensors bedingen.
Der Öffnungswinkel der Schallabstrahlung ist bei Ultraschallsensoren mit Membrantopfdesign abhängig von dem Verhältnis von Wellenlänge zu
Membrantopfdurchmesser. Letzterer ist ein festes geometrisches Designmerkmal des Wandlers und kann naturgemäß während des Betriebs nicht verändert werden. Die Wellenlänge hingegen kann durch die Sendefrequenz beeinflusst werden. Um die typischen oben genannte Öffnungswinkel zu erreichen, werden die Sensoren bei ca. 15mm Membranaußendurchmesser üblicherweise um 48 kHz betrieben. Bei höheren Sendefrequenzen ergeben sich kleinere
Öffnungswinkels, bei niedrigeren Frequenzen größere Öffnungswinkels. Die sich daraus ergebende frequenzabhängige Richtcharakteristik ist somit ebenfalls ein Designmerkmal eines Wandlers. Alternativ können auch andere akustische Sensoren genutzt werden, da viele akustische Sensoren für unterschiedliche Frequenzen einen unterschiedlichen Öffnungswinkel aufweisen. Bevorzugt ist der akustische Sensor 1 ein solcher Sensor, bei dem dieses Verhalten besonders ausgeprägt ist.
Nach dem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein zweiter Verfahrensschritt 102 ausgeführt. In dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfolgt ein Empfangen des akustischen Signals mittels des akustischen Sensors 1 , nachdem dieses an dem Objekt 2 reflektiert wurde. Das empfangene akustische Signal und somit das reflektierte akustische Signal wird durch den akustischen Sensor 1 in ein elektrisches Signal umgesetzt und der Steuervorrichtung 4 bereitgestellt. In einem folgenden dritten Verfahrensschritt 103 wird das elektrische Signal und somit das empfangene akustische Signal ausgewertet.
Bei dem Auswerten des empfangenen akustischen Signals wird basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals ein Elevationswinkel Q ermittelt, wobei der Elevationswinkel eine Positionsabweichung des Objektes 2 von der Sensorachse 3 des akustischen Sensors 1 beschreibt. In Figur 2 ist der Elevationswinkel Q ein Winkel, der in der gezeigten Zeichenebene gelegen ist. Auf das Fahrzeug 5 bezogen ist der Elevationswinkel Q somit ein vertikal gelegener Wnkel. Bei der in Figur 2 links gezeigten beispielhaften Szenario liegen zumindest Anteile des Objektes 2 direkt auf der Sensorachse 3. Somit ist die Abweichung des Objektes 2 von der Sensorachse gleich Null oder kann durch den Elevationswinkel Q von 0° beschrieben werden. Bei der in Figur 2 rechts dargestellten beispielhaften Szenario erstreckt sich das Objekt 2 nicht bis in die Sensorachse 3 hinein, sondern ist so niedrig, dass dieses unterhalb der Sensorachse 3 liegt. Die Position des Objektes 2 weicht somit von der
Sensorachse 3 ab. Dies kann entweder durch einen Abstand D beschrieben werden, welcher ein kürzester Abstand zwischen dem Objekt 2 und der
Sensorachse 3 ist, oder kann durch den Elevationswinkel Q beschrieben werden, welcher zwischen der Sensorachse 3 und einer Gerade besteht, welche den akustischen Sensor 1 mit dem Objekt 2 verbindet. Es ist ersichtlich, dass hier eine direkte geometrische Abhängigkeit zwischen dem Elevationswinkel Q und dem Abstand D gegeben ist. Im Folgenden wird der Elevationswinkel Q ermittelt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch der Abstand D ermittelt werden kann, da durch den akustischen Sensor 1 mittels des Echoprinzips auch ein Abstand zu dem Objekt 2 bekannt ist und somit eine Umrechnung möglich ist.
Der Elevationswinkel Q muss dabei nicht zwingend als ein exakter Wert ermittelt werden. So ist es beispielsweise hinreichend zu ermitteln, ob der
Elevationswinkel Q größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist, um eine Überfahrbarkeit eines Objektes 2 zu erkennen.
Bei dem Auswerten des empfangenen akustischen Signals wird von der
Steuervorrichtung 4 auf eine Richtcharakteristik 10 des akustischen Sensors 1 zugegriffen. Diese Richtcharakteristik 10 definiert für die erste Frequenz und für die zweite Frequenz einen Zusammenhang zwischen Signalamplitude und Elevationswinkel des empfangenen akustischen Signals. Eine solche
Richtcharakteristik 10 ist beispielhaft in Figur 3 dargestellt. Dabei ist in Figur 3 links eine Richtcharakteristik 10 vor einer Normierung dargestellt. Es ist dabei eine vertikale Richtcharakteristik der Echoamplitude mit einer Abhängigkeit zur Sendefrequenz des akustischen Sensors 1 dargestellt. In Figur 3 mittig die Richtcharakteristik nach einer Normierung dargestellt. Mittig ist somit eine normierte vertikale Richtcharakteristik 20 mit Abhängigkeit zur Sendefrequenz dargestellt. In Figur 3 rechts ist eine Darstellung 30 der normierten
Richtcharakteristik 20 abgebildet in der ein Verlauf der Echoamplituden bei Variation der Sendefrequenz für Reflexe aus unterschiedlichen Elevationswinkeln Q dargestellt ist.
Es wird zunächst auf die in Figur 3 links dargestellte Richtcharakteristik 10 Bezug genommen. Diese ist als Datensatz in der Steuervorrichtung 4 hinterlegt und wurde vorab beispielsweise rechnerisch oder experimentell ermittelt. Bei der Richtcharakteristik 10 ist auf einer X-Achse der Elevationswinkel Q und auf einer Y-Achse die Signalamplitude A des empfangenen akustischen Signals dargestellt. Dabei ist für jeden Elevationswinkel Q jeweils die Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals gegeben, die zu erwarten ist, wenn das akustische Signal an einem Objekt 2 reflektiert wurde, dessen Lage gegenüber dem akustischen Sensor 1 durch den jeweiligen Elevationswinkel Q beschrieben ist. Dazu ist in der Richtcharakteristik 10 eine erste Kurve 11 , eine zweite Kurve 12 und eine dritte Kurve 13 dargestellt. Die erste Kurve 11 ist der ersten
Frequenz zugehörig, welche beispielsweise 40 kHz beträgt. Die zweite Kurve 12 ist der zweiten Frequenz zugehörig, welche beispielsweise 48 kHz beträgt. Die dritte Kurve 13 ist einer dritten Frequenz zugehörig, welche beispielsweise 60 kHz beträgt. Im Ursprung des dargestellten Diagramms liegt ein Elevationswinkel Q von 0° vor. Es ist ersichtlich, dass eine Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals für jede der ersten bis dritten Frequenz ein Maximum für den Elevationswinkel Q von 0° aufweist. Je weiter das Objekt 2 von der Sensorachse 3 abweicht, d.h., je größer der Elevationswinkel Q wird, desto geringer ist die Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals für die zugehörige Senderichtung. Dabei ist ersichtlich, dass die Signalamplitude mit dem
Elevationswinkel Q für die unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich schnell abfällt. Aus diesem Unterschied lässt sich auf die Position des Objektes 2, also auf den Elevationswinkel Q schließen. Dazu folgt beim dem Auswerten des empfangenen akustischen Signals in dieser Ausführungsform zunächst ein Normieren der Signalamplituden des ersten Signalanteils und des zweiten Signalanteils. Der Elevationswinkels Q wird im weiteren Verlauf des Verfahrens basierend auf der normierten Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer normierten Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals ermittelt.
Bei dem Normieren werden die Werte der ersten bis dritten Kurve 11 bis 13 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Dieser ist für jede der Kurven 11 bis 13 so gewählt, dass die jeweilige der ersten bis dritte Kurve 11 bis 13 so entlang der Hochachse verschoben wird, dass alle Kurven 11 bis 13 für einen
Elevationswinkel Q von 0° einen gleichen Wert aufweisen. Dies ist in der in Figur 3 mittig dargestellten normierten Richtcharakteristik 20 dargestellt. Bei der normierten Richtcharakteristik 20 ist auf einer X-Achse der Elevationswinkel Q und auf einer Y-Achse die normierte Signalamplitude An des empfangenen akustischen Signals dargestellt. Es ist somit eine normierte erste Kurve 11‘ abgebildet, welche der ersten Frequenz zugehörig ist, eine normierte zweite Kurve 12‘ dargestellt, welche der zweiten Frequenz zugehörig ist und eine normierte Kurve 13‘ dargestellt, welche der dritten Frequenz zugehörig ist. Die normierte erste, zweite und dritte Kurve 11 ', 12', 13' weisen für den
Elevationswinkel Q von 0° den gleichen Wert auf.
Basierend auf der normierten Richtcharakteristik 20 wird gemessenen
Signalamplituden des ersten Signalanteils und des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals der zugehörige Elevationswinkel Q ermittelt.
Dieses Ermitteln des zugehörigen Elevationswinkels Q sei beispielhaft basierend auf der in Figur 3 rechts gezeigten Darstellung 30 der normierten Richtcharakteristik 20 beschrieben. In der gezeigten Darstellung 30 ist für jeden Elevationswinkel Q eine eigene Kurve dargestellt. So ist ersichtlich, dass beispielsweise die für einen ersten Elevationswinkel qi vorliegenden
Signalamplituden für die erste bis dritte Frequenz auf einer gemeinsamen Kurve liegen. Diese Kurve ist als eine erste Elevationskurve 21 in Figur 3 rechts dargestellt. Entsprechendes gilt auch für andere Elevationswinkel als den ersten Elevationswinkel qi. So liegen beispielsweise auch die für einen zweiten
Elevationswinkel q2 vorliegenden Signalamplituden für die erste bis dritte Frequenz auf einer gemeinsamen Kurve. Diese Kurve ist als eine zweite
Elevationskurve 22 in Figur 3 rechts dargestellt. Es ergibt sich in der in Figur 3 rechts dargestellten Darstellung 30 der normierten Richtcharakteristik 20 für jeden möglichen Elevationswinkel Q eine eigene Kurve.
Die in Figur 3 dargestellten Kurven entsprechen einander im Informationsgehalt. Die Steuervorrichtung 4 kann somit beliebig auf eine dieser Kurven zugreifen, und diese entsprechend auswerten. In der hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsform der Erfindung umfasst das akustische Signal den ersten Signalanteil, welcher die erste Frequenz aufweist und den zweiten Signalanteil, welcher die zweite Frequenz aufweist.
Beispielhaft sei angenommen, dass die erste Frequenz den Wert f1 aufweist und die zweite Frequenz den Wert f2 aufweist. Gleichzeitig sein angenommen, dass ein Wert der Signalamplitude des empfangenen akustische Signals für die den ersten Signalanteil und somit für die erste Frequenz den Wert A1 aufweist.
Ferner sein angenommen, dass ein Wert der Signalamplitude des empfangenen akustische Signals für die den zweiten Signalanteil und somit für die zweite Frequenz den Wert A2 aufweist. Die so definierten Punkte sind in Figur 3 rechts dargestellt. Es ist ersichtlich, dass diese auf einer gemeinsamen Kurve liegen, hier auf der ersten Elevationskurve 21 , wobei diese Kurve einem bestimmten Elevationswinkel Q, hier dem ersten Elevationswinkel qi, zugehörig ist. Der so ermittelte zugehörige Elevationswinkel Q beschreibt die Positionsabweichung des Objektes 2 von der Sensorachse 3.
Die Steuervorrichtung 4 ermittelt somit in der hier beschriebenen
Ausführungsform für den ersten Signalanteil und für den zweiten Signalanteil eine Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals und normiert diese, indem diese mit dem der jeweiligen Frequenz zugehörigen Verstärkungsfaktor multipliziert. Basierend auf diesen normierten Signalamplituden und den bekannten Frequenzen kann somit eine zugehörige Elevationskurve identifiziert werden, welche einem Elevationswinkel Q zugehörig ist. Der so ermittelte zugehörige Elevationswinkel Q beschreibt die Positionsabweichung des Objektes 2 von der Sensorachse 3.
Es ist ersichtlich, dass zwei Frequenzen hinreichend sind, um die
Positionsabweichung des Objektes 2 von der Sensorachse 3 zu bestimmen. Es ergibt sich jedoch, dass eine weitere Verbesserung einer Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird, wenn das akustische Signal ferner einen
Signalanteil mit der dritten Frequenz oder weiteren Frequenzen aufweist.
Insbesondere wenn das akustische Signal ein Chirp ist, ist es ferner vorteilhaft, wenn eine Auswertung hinsichtlich einer Vielzahl von Frequenzen folgt, da das empfangene akustische Signal ebenfalls eine Vielzahl von Frequenzen aufweist.
Bei einigen akustischen Sensoren 1 ergibt sich das Problem, dass bei der zuvor beschriebenen Auswertung des akustischen Signals nicht unterschieden werden kann, ob das Objekt 2 in horizontaler oder in vertikaler Richtung abseits der Sensorachse 3 liegt. Daher ist es vorteilhaft, wenn der akustische Sensor 1 einen horizontalen Öffnungswinkel aufweist, welcher größer ist als ein vertikaler Öffnungswinkel des akustischen Sensors 1. Dies erweist sich zum einen deswegen vorteilhaft, da bei einer solchen Anordnung ein Einfluss von
Bodenreflexionen auf das empfangene akustische Signal minimiert wird. Ferner ergibt sich dadurch, dass in horizontaler Richtung eine geringere Abweichung des Öffnungswinkels zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz vorliegt. Somit wird eine Bewegung des Objektes 2 in vertikaler Richtung gegenüber dem akustischen Sensor 1 kaum Einfluss auf die den ermittelten Elevationswinkel Q haben.
Optional erfolgt eine Trilateration basierend auf den Messwerten mehrerer akustischer Sensoren, um eine Lage des Objektes gegenüber dem akustischen Sensor in einem Azimuthwinkel zu bestimmen, welcher eine Lage des Objektes 2 gegenüber dem akustischen Sensor 1 in einer horizontalen Richtung beschreibt. Dabei erfolgt eine Korrektur der Richtcharakteristik 10 basierend auf dem Azimuthwinkel. Dazu erfolgt einer Auswahl der Richtcharakteristik 10 basierend auf dem Azimuthwinkel, wobei für jeden Azimuthwinkel eine eigene
Richtcharakteristik 10 hinterlegt ist. So kann ein Einfluss einer Positionsabweichung des Objektes 2 in einer Richtung, welche nicht durch den Elevationswinkel Q beschrieben wird, kompensiert werden und führt nicht zu einer Verfälschung des ermittelten Elevationswinkels Q.
Der ermittelte Elevationswinkel Q beschreibt die Positionsabweichung des Objektes 2 von der Sensorachse 3 und wird für eine weitere Verwendung bereitgestellt. So wird der Elevationswinkel Q zusammen mit einem durch den akustischen Sensor 1 erfassten Abstand zu dem Objekt 2 für ein System bereitgestellt, durch welches eine Überfahrbarkeit von Objekten abgeschätzt wird. Dazu wird beispielsweise basierend auf dem erfassten Abstand ein
Schwellenwert bereitgestellt, welcher einen zugehörigen Elevationswinkel Q beschreibt, der nicht unterschritten werden darf, um eine Überfahrbarkeit des Objektes 2 zu gewährleisten.
Nach dem Ausführen des dritten Verfahrensschrittes 103 wird das Verfahren in einer Schleife ausgeführt, indem dieses zurück auf den ersten Verfahrensschritt 101 verzweigt.
Allgemein gilt, dass Objekte, die höher als die Sensoreinbauhöhe h sind, sich die Reflexpunkte aufgrund des Reflexionsgesetzes (annähernd) auf Sensorhöhe und damit auf der Sensorachse 3 befinden. Die Sensoreinbauhöhe h ist dabei in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform eine Distanz, die der akustische Sensor 1 über einer Fahrbahnoberfläche an dem Fahrzeug 5 angeordnet ist. Für Objekte 2 kleiner als die Sensoreinbauhöhe h werden die Reflexe je nach Objekthöhe unter dem Elevationswinkel Q bezogen auf die vertikale Sensorachse 3 gemessen.
Die Sendefrequenz des akustischen Sensors 1 wird über einen möglichst großen Frequenzbereich verändert, um damit den Öffnungswinkel zu variieren, und den Verlauf der normierten Echoamplitude, also der normierten Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals, zu analysieren.
Die normierte Echoamplitude ergibt sich bei dem Normieren aus der
gemessenen Echoamplitude unter Berücksichtigung der normierten
Richtcharakteristik des Sensors mittels An = k(f) * A, also durch Multiplikation mit einem frequenzabhängigen Korrekturfaktor k(f) mit k(f) = 1 / A(f, für 0=0°)
(woraus für alle Frequenzen A=1 bei 0=0° folgt). Der Korrekturfaktor k(f) ist damit ein bekanntes Designmerkmal des Wandlers. Zur Erreichung höherer Genauigkeiten kann k(f) auch am Bandende einer Produktionslinie vermessen und im akustischen Sensor 1 hinterlegt werden.
Aus dem Verlauf der frequenzabhängigen normierten Echoamplitude lässt sich auf den Elevationswinkel Q schließen. Reflexe auf Sensorhauptachse (Q =0°) zeigen einen konstanten Echoamplitudenverlauf (siehe Figur 2). Niedrigere Objekte 2 zeigen dagegen je nach Höhe einen mit zunehmender Frequenz abnehmenden Echoamplitudenverlauf, wobei der Verlauf selbst charakteristisch für den jeweiligen Elevationswinkel, und damit für die Objekthöhe ist. Der Verlauf ist nicht abhängig von der Objektdistanz, bei höheren Objektdistanzen ist Q lediglich in der Größe limitiert. Die Verläufe sind, wie auch schon die
Richtcharakteristik, ein Designmerkmal und können im Sensor zu jedem
Elevationswinkel Q hinterlegt werden. Für den Vergleich der gemessenen Daten mit den hinterlegten Daten können die Verfahren aus dem Stand der Technik (z.B. Fitting, Korrelationsanalyse) verwendet werden.
Eine Veränderung der Sendefrequenz bewirkt nicht nur eine Änderung in der vertikalen, sondern auch in der horizontalen Richtcharakteristik, so dass Objekte, die nur eine Azimuthablage und keine Elevationsablage (0=0°) gegenüber der Hauptachse haben, ebenfalls einen nicht konstanten Echoverlauf zeigen. Bei asymmetrischen Ultraschallwandern ist einerseits der Effekt nicht so stark ausgeprägt, anderseits kann er bei bekannten Azimuthwinkel korrigiert werden. Der Azimuthwinkel ergibt sich mittels Trilateration im Sensorsystem.
Um zu einer möglichst genauen Winkelmessung zu gelangen, ist eine möglichst hohe Zahl von Sendefrequenzen wünschenswert. Dies kann durch
entsprechende Abfolge von Kurzpulsen mit fester Sendefrequenz und gleicher Dauer, vorzugsweise im Bereich 200-400ps, erfolgen. Generell kann das Verfahren aber auch mit weniger Pulsen, mindestens jedoch mit zwei durchgeführt werden.
Alternativ kann auch eine frequenzmodulierter Anregung mit ansteigender oder absteigender Frequenz, vorzugsweise mit einer linearen Änderung der Frequenz über Zeit, durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Auslegung des Chirps mit langer Pulsdauer, vorzugsweise im Bereich 10ms bis 2ms. Die Analyse der Echoamplituden erfolgt für diesen Fall bevorzugt durch eine Filterbank mit möglichst fein gegliederter aufsteigender Mittenfrequenzen der Filter. Damit ist dieses Verfahren aufwendiger als die Anregung mit Festfrequenz hat aber den Vorteil, dass die Winkelinformation schon mit einem Sendezyklus verfügbar ist.
Entscheidend für die Ausprägung eines Amplitudenabfalls ist das Verhältnis der Wellenlänge l des akustischen Signals zum Membrandurchmesser. Daher empfiehlt sich, die Sendefrequenzbandbreite nicht fest vorzugeben, sondern über das Verhältnis l/d einzuschränken. Besonders vorteilhaft erscheint (ausgehend von einer niedrigen Sendefrequenz) das Verhältnis l/d im Bereich 1 bis 0,5, mindestens jedoch <0,8 zu variieren.
Prinzipiell ist das Verfahren auch während des Fährbetriebs des Fahrzeuges 5 geeignet. Allerdings gibt es während der Fahrt auch weitere Merkmale, die für eine Höhenklassifikation ausgewertet werden können. Ein für das Verfahren besonders interessanter Anwendungsfall ist das Aufstarten des Systems für hochautomatisierte Fahrzeuge. So erscheint es besonders vorteilhaft einen speziellen„Höhenmess“-Betriebsmodus nach Startup vorzuhalten und danach in einen normalen Messmodus wieder überzugehen. Der„Höhenmess“ Modus könnte dabei entweder immer nach Startup oder nur getriggert durch eine Objektdetektion durchlaufen werden.
Nebst oben stehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 3 verwiesen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines akustischen Sensors (1), umfassend:
Aussenden (101) eines akustischen Signals mittels des akustischen Sensors (1), wobei ein erster Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist, wobei ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors (1) für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich ist;
Empfangen (102) des akustischen Signals mittels des akustischen Sensors (1), nachdem dieses an einem Objekt (2) reflektiert wurde; und
Auswerten (103) des empfangenen akustischen Signals, um basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals einen Elevationswinkels (Q) zu ermitteln, wobei der Elevationswinkel (Q) eine Positionsabweichung des Objektes (2) von einer Sensorachse (3) des akustischen Sensors (1) beschreibt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
akustische Signal ein Chirp ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
akustische Signal ein gepulstes Signal mit Pulsen jeweils konstanter Frequenz ist.
4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei dem Auswerten (103) des empfangenen akustischen Signals ein Normieren der Signalamplituden des ersten Signalanteils und des zweiten Signalanteils erfolgt, und der
Elevationswinkels (Q) basierend auf einer normierten Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer normierten Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Auswerten (103) des empfangenen akustischen Signals auf eine Richtcharakteristik (10) des akustischen Sensors (1) zugegriffen wird, welche für die erste Frequenz und für die zweite Frequenz einen Zusammenhang zwischen Signalamplitude des empfangenen akustischen Signals und Elevationswinkel (Q) definiert.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Auswerten des empfangenen akustischen Signals eine Trilateration umfasst, wobei eine Lage des Objektes (2) gegenüber dem akustischen Sensor (1) in einem Azimuthwinkel, insbesondere in einer horizontalen Richtung gegenüber dem akustischen Sensor (1), beschrieben wird, und eine Korrektur der Richtcharakteristik (10) basierend auf dem
Azimuthwinkel erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein horizontaler Öffnungswinkel des akustischen Sensors (1) größer ist als ein vertikaler Öffnungswinkel des akustischen Sensors (1).
8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der akustische Sensor (1) ein Ultraschallsensor ist, welcher ein Membrantopfdesign aufweist.
9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Auswerten des empfangenen akustischen Signals in Reaktion darauf ausgeführt wird, dass ein den akustischen Sensor (1) umfassendes System gestartet wurde oder ein Vorhandensein eines Objektes (2) detektiert wurde.
10. Vorrichtung zum Betreiben eines akustischen Sensors (1), umfassend eine Steuervorrichtung (4), welche dazu eingerichtet ist:
ein akustisches Signal mittels des akustischen Sensors (1) auszusenden, wobei ein erster Signalanteil des akustischen Signals eine erste Frequenz aufweist und ein zweiter Signalanteil des akustischen Signals eine zweite Frequenz aufweist, wobei ein Öffnungswinkel des akustischen Sensors (1) für die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterschiedlich ist; das akustische Signal mittels des akustischen Sensors (1) zu empfangen, nachdem dieses an einem Objekt (2) reflektiert wurde, und
das empfangene akustische Signal auszuwerten, um basierend auf einer Signalamplitude des ersten Signalanteils und einer Signalamplitude des zweiten Signalanteils des empfangenen akustischen Signals einen
Elevationswinkel (Q) zu ermitteln, wobei der Elevationswinkel (Q) eine Positionsabweichung des Objektes (2) von einer Sensorachse (3) beschreibt.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018103490B4 (de) 2018-02-16 2023-03-09 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Bestimmen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs durch Bestimmung von Richtungsanteilen in einem Ultraschallsignal, Recheneinrichtung, Ultraschallsensorvorrichtung sowie Fahrerassistenzsystem
DE102019130488B3 (de) * 2019-11-12 2020-08-20 Sick Engineering Gmbh Objekterkennungssensor
DE102021210082B3 (de) 2021-09-13 2023-02-09 Continental Autonomous Mobility Germany GmbH Verfahren zur Charakterisierung eines Objekts in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs
DE102021214203A1 (de) * 2021-12-13 2023-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung System zur Erfassung von wenigstens einem Objekt in einer Umgebung eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug mit solch einem System
DE102022131873A1 (de) 2022-12-01 2024-06-06 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Höhenaufgelöstes hindernisprofil mittels ultraschalls

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083464A1 (de) * 2004-02-27 2005-09-09 Technische Universität Wien Verfahren und sensorvorrichtung zur gewinnung von informationen über die position eines objekts mit einem ultraschallsensor
DE102010028829A1 (de) * 2010-05-11 2011-11-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, zur Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3628480B2 (ja) * 1997-05-30 2005-03-09 株式会社デンソー 超音波センサ
IL136429A0 (en) * 2000-05-29 2001-06-14 Technion Res & Dev Foundation Acoustic sensor for localization
EP2037214A1 (de) * 2007-09-14 2009-03-18 Leica Geosystems AG Verfahren und Messgerät zum vermessen von Oberflächen
CN101183151B (zh) * 2007-11-28 2010-06-02 杭州瑞利声电技术公司 一种井底落物超声成像探测方法及装置
DE102010015077B4 (de) * 2010-04-15 2013-01-31 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Detektieren eines Objektes, Fahrerassistenzeinrichtung und Fahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung
DE102011088225A1 (de) * 2011-12-12 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Umfelderfassung eines Bewegungshilfsmittels mittels von pulsförmig ausgesendeten Schallsignalen
US9658330B2 (en) * 2013-08-08 2017-05-23 Joshua R. Doherty Systems and methods for identifying and locating target objects based on echo signature characteristics
CN105873521B (zh) * 2014-01-02 2020-09-15 皇家飞利浦有限公司 相对超声成像平面的仪器对准和跟踪
DE102015111264B4 (de) * 2015-07-13 2022-12-29 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs durch Aussenden von Ultraschallsignalen mit unterschiedlicher Richtcharakteristik, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
AU2016334258B2 (en) * 2015-10-08 2021-07-01 Decision Sciences Medical Company, LLC Acoustic orthopedic tracking system and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083464A1 (de) * 2004-02-27 2005-09-09 Technische Universität Wien Verfahren und sensorvorrichtung zur gewinnung von informationen über die position eines objekts mit einem ultraschallsensor
DE102010028829A1 (de) * 2010-05-11 2011-11-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, zur Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges

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