WO2020239451A1 - Verfahren zum bestimmen einer geschwindigkeit eines objekts mittels eines ultraschallsensors durch einteilung eines sensorsignals in teilsignale, recheneinrichtung sowie ultraschallsensorvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer geschwindigkeit eines objekts mittels eines ultraschallsensors durch einteilung eines sensorsignals in teilsignale, recheneinrichtung sowie ultraschallsensorvorrichtung Download PDF

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Maximilian Poepperl
Raghavendra GULAGUNDI
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a speed of an object by means of an ultrasonic sensor. In the process, the
  • Ultrasonic sensor controlled in such a way that by means of the ultrasonic sensor a
  • Ultrasonic signal is sent out as a chirp.
  • a sensor signal is determined which describes the ultrasonic signal reflected by the object and received with the ultrasonic sensor.
  • a Doppler shift between the transmitted ultrasonic signal and the received ultrasonic signal is determined on the basis of the sensor signal, and the Doppler shift is used to determine the
  • the present invention also relates to a computing device and an ultrasonic sensor device. Finally, the present invention relates to a computer program and a computer-readable one
  • ultrasonic sensor devices for vehicles.
  • ultrasonic sensor devices usually comprise several
  • Ultrasonic sensors which are used to detect objects in an area surrounding the vehicle. Flierzu is made with the ultrasonic sensors
  • the distance to the object can then be determined on the basis of the transit time between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of the ultrasonic signal reflected by the object. Furthermore, it is known from the prior art that measurements with
  • Ultrasonic sensors are used to estimate the speed of an object. Fleutige ultrasonic sensors respectively
  • Ultrasonic sensor devices can determine the speed of an object via the change in position between successive measurements.
  • Flierzu, DE 10 2009 029 465 A1 describes a method for determining
  • a measurement of the object speed via the Doppler shift is usually not used with ultrasonic sensors.
  • the determination of the Doppler shift as is usual with radar systems, a direct determination of the object speed is possible.
  • the objects can then be distinguished from one another on the basis of the different object speeds.
  • the approach known from radar technology is prevented by the fact that ultrasonic sensors have a significantly slower propagation speed.
  • Ultrasonic sensor devices usually use an ultrasonic sensor both for emitting and for receiving the reflected ultrasonic signal, since these systems have a strong focus on reducing costs. Due to the costs, a change in the hardware that enables a Doppler measurement is usually not desired.
  • DE 1 630 964 A1 describes a method for avoiding or reducing rear-end collisions or collisions in motor vehicle traffic. It is provided here that a sharply bundled beam of ultrasonic waves running ahead of the own vehicle transmits information about the approach speed and the instantaneous distance from the foreign object after its reflection on the foreign object and in relation to the
  • Speed of the own vehicle triggers a signal or the braking process itself.
  • the information about the approach speed to the foreign object is provided from the Doppler frequency of the reflected wave train.
  • DE 10 2013 21 1 846 A1 describes a method for operating a
  • the Environment detection system of a vehicle with at least one transmitter / receiver unit, wherein the transmitter / receiver unit sends out a frequency-modulated signal and the transmitter / receiver unit and / or one or more further transmitter / receiver units receive echo signals of the transmitted frequency-modulated signal.
  • the emitted frequency-modulated signal has at least a first section with increasing frequencies and a second section with decreasing frequencies or a first section with decreasing frequencies and a second section with increasing frequencies. With a moving object a Doppler shift of the echo signals takes place.
  • the transmitter / receiver unit sends out a frequency-modulated signal and the transmitter / receiver unit and / or one or more further transmitter / receiver units receive echo signals of the transmitted frequency-modulated signal.
  • the emitted frequency-modulated signal has at least a first section with increasing frequencies and a second section with decreasing frequencies or a first section with decreasing frequencies and a second section with increasing frequencies.
  • a first FIR filter device with a first FIR signal and a second FIR filter device with a second FIR signal are determined. From a time difference between the first point in time and the second point in time, the information about the
  • the speed of an object can be estimated in a simple and reliable way using an ultrasonic sensor.
  • a method according to the invention is used to determine a speed of an object by means of an ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor is controlled in such a way that an ultrasonic signal is transmitted as a chirp by means of the ultrasonic sensor.
  • a sensor signal is determined which describes the ultrasonic signal reflected by the object and received with the ultrasonic sensor.
  • a Doppler shift between the transmitted ultrasonic signal and the received ultrasonic signal is determined on the basis of the sensor signal, and the speed of the object is determined on the basis of the Doppler shift. It is provided that the sensor signal is divided into a plurality of partial signals, each of the partial signals describing a predetermined frequency range of the sensor signal.
  • a phase difference is determined between the partial signals and the Doppler shift is determined on the basis of the phase difference and a time offset between the partial signals.
  • an object is to be detected in an area surrounding the vehicle and, in particular, the current speed of the object is to be estimated.
  • the method can be carried out, for example, with a corresponding computing device of an ultrasonic sensor device.
  • This computing device can be an electronic control unit (ECU - Electronic Control Unit) of the vehicle or electronics integrated in the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor can have a membrane which, for example, can be pot-shaped and can be made of a metal, in particular aluminum. This membrane comes with a corresponding
  • Sound transducer element for example a piezoelectric element
  • Sound transducer element are excited with a corresponding excitation signal.
  • the transmitted ultrasonic signal is reflected by the object and returns to the ultrasonic sensor.
  • the membrane is stimulated to vibrate by the reflected ultrasonic signal, and the vibration can be detected by means of the sound transducer element.
  • the sensor signal which describes the time profile of the reflected ultrasonic signal, can then be output with the sound transducer element.
  • the sensor signal can be a raw signal that is linked to the
  • Sound transducer element is output in the form of a time-varying electrical voltage and which is correspondingly scanned.
  • the sensor signal can also be provided in that the raw signal is appropriately amplified and / or filtered before the sampling. This sensor signal can then from the
  • Ultrasonic sensor are transmitted to the computing device.
  • the ultrasonic signal is first transmitted with the ultrasonic sensor. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will be able to estimate the current speed of the object. It will
  • the sound transducer element can be excited with a chirp or chirp signal as the excitation signal.
  • the excitation signal can be provided in the form of a time-varying electrical voltage. If the ultrasonic signal is reflected by an object which moves relative to the ultrasonic sensor or to the vehicle, a compression or expansion of the signal occurs as a result of the Doppler effect.
  • the change between the frequency of the transmitted ultrasonic signal and the frequency of the ultrasonic signal reflected from the object can also be referred to as the Doppler shift or the Doppler frequency. This Doppler shift is determined based on the sensor signal.
  • Ultrasonic signal is excited, known.
  • the Doppler shift can then be determined from a comparison of the excitation signal with the sensor signal.
  • the relative speed of the object to the vehicle can be determined on the basis of the Doppler shift. Taking into account the current speed of the vehicle and / or the direction of travel of the vehicle, the speed of the object can then be estimated.
  • the sensor signal is divided into a plurality of partial signals, each of the partial signals having a predetermined one
  • the respective frequency ranges of the partial signals differ from one another.
  • the partial signals can form the sensor signal which are consecutive in time and together.
  • the phase can be determined for each of the partial signals or specific points of the partial signals.
  • the difference between the phases can describe the phase difference. For example, between at least two partial signals, a
  • the Doppler shift can then be determined by determining the phase difference between the at least two partial signals and the known time difference or the known time offset between the at least two partial signals.
  • a phase difference can therefore be determined over time. This results in a frequency which describes the Doppler frequency or the Doppler shift. The speed of the object can then be estimated on the basis of the Doppler shift.
  • the proposed solution therefore consists in a method for estimating the Doppler shift with an ultrasonic sensor under the
  • the division of the sensor signal into the partial signals is preferably carried out in such a way that the respective partial signals have the same duration.
  • the sensor signal is divided into the plurality of partial signals.
  • Each of the partial signals now contains a section of the chirp signal, the frequency of which is precisely known.
  • the respective partial signals have the same duration. Because the respective duration of the partial signals is the same, the time offset between the
  • Partial signals that are used to calculate the Doppler shift are known.
  • the Doppler shift can thus be determined in a simple and reliable manner on the basis of the phase difference.
  • the partial signals are mixed in such a way that a start frequency of the respective partial signals is the same.
  • the respective partial signals can be mixed so that a common center frequency or start frequency of the respective partial signals is created.
  • the respective partial signals can be mixed to the starting frequency of the chirp.
  • a chirp sequence or chirp sequence can be generated from the chirp through this transformation or through the mixing. If the ultrasonic signal or the chirp is now reflected from a moving object, there is a slight temporal shift in the successive partial signals or chirp sequences. This arises from the fact that the object is already moving during the measurement or the transmission of the ultrasonic signal and a change in distance occurs.
  • the respective partial signals can be mixed so that a common center frequency or start frequency of the respective partial signals is created.
  • the respective partial signals can be mixed to the starting frequency of the chirp.
  • a chirp sequence or chirp sequence can be generated from the chirp through this transformation or through the mixing. If the ultrasonic signal or the
  • Partial signals that have been mixed to the start frequency therefore represent a chirp sequence.
  • An evaluation similar to the chirp sequence method can thus be used.
  • the sensor signal is sampled and each of the partial signals comprises a plurality of sampling points, the partial signals being determined in such a way that mutually corresponding sampling points of the respective partial signals are assigned the same frequency. For example, this can
  • Sensor signal can be sampled with a corresponding analog-digital converter.
  • sampling points which the sensor signal describes.
  • the division of the sensor signal into the partial signals and / or the mixing of the partial signals can take place in such a way that after this transformation the sampling points lie on the same points of a frequency.
  • each of the partial signals can pass a plurality of sampling points are described.
  • the division into the chirp sequence takes place in such a way that the respective partial signals have corresponding sampling points.
  • the corresponding sampling points are each assigned to the same frequency.
  • the phase difference between the corresponding sampling points is determined.
  • the time difference between these corresponding sampling points is also known.
  • the Doppler shift can thus be determined in a simple and reliable manner.
  • a plurality of bandpass filters is preferably used for dividing the sensor signal into the partial signals.
  • a plurality of bandpass filters can therefore be used
  • a filter bank can be provided to filter the sensor signal. By filtering the sensor signal can be divided into the partial signals. Since the change in the frequency of the emitted ultrasonic signal is known, the pass ranges of the respective bandpass filters can be selected so that the desired partial signals are output at the outputs of the bandpass filters.
  • the passbands of the bandpass filters can be selected such that the partial signals have the same duration.
  • the partial signals can thus be provided with little effort within a short computing time.
  • the sensor signal in at least five bits
  • Partial signals in particular into at least ten partial signals, is divided. If a sufficiently large number of band pass filters, typically more than ten
  • bandpass filters are used, a sufficient number of partial signals can be generated. This means that the change in distance of the object within a partial signal can be neglected. This allows the speed to be determined on the basis of the phase difference and the time offset.
  • the ultrasonic sensor is controlled in such a way that the ultrasonic signal is a linear chirp-up or a linear chirp-down.
  • the frequency can be increased linearly as a function of time.
  • the frequency of the transmitted ultrasonic signal can be controlled in such a way that the ultrasonic signal is a linear chirp-up or a linear chirp-down.
  • Ultrasonic signal can be reduced linearly as a function of time. With the method according to the invention it is sufficient to use only one chirp-up signal or one chirp-down signal. Thus, the speed of the object can be estimated within a short period of time. It is also advantageous if the sensor signal describes the ultrasonic signal reflected by a further object, the Doppler shift is determined for the further object, and the speed of the further object is determined on the basis of the Doppler shift. In principle, there can be several objects in the
  • the area around the vehicle In the case of several objects at different speeds, there are currently different Doppler frequencies.
  • the respective speeds of the objects can thus be determined.
  • this also includes checking on the basis of the respective Doppler shift whether the object is moving or is a static object. The objects can thus be classified accordingly.
  • Sending the ultrasonic signal and receiving the ultrasonic signal a respective distance to the object and the further object is determined and the respectively determined Doppler shift is assigned to the object and the further object as a function of the distance.
  • the respective distance between the ultrasonic sensor and the object or the object can be determined on the basis of the transit time.
  • the Doppler shift can thus also be determined for the respective objects and the speeds of the objects can be derived from this.
  • the individual objects can be distinguished based on their different speeds. It can also be provided that static objects, that is to say non-moving objects, from moving objects or
  • a computing device for an ultrasonic sensor device of a vehicle is designed to carry out a method and the advantageous embodiments thereof.
  • the computing device can be provided, for example, by an electronic control unit of the vehicle.
  • the computing device can be provided by electronics of the ultrasonic sensor.
  • the computing device can be provided in particular by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the ultrasonic sensor device can preferably have a plurality of ultrasonic sensors which, for example, can be arranged in a distributed manner on the motor vehicle.
  • Another aspect of the invention relates to a driver assistance system which comprises an ultrasonic sensor device according to the invention. By means of the driver assistance system, the vehicle can be maneuvered at least semi-autonomously as a function of the detected object.
  • a vehicle according to the invention includes one according to the invention
  • the vehicle can be designed as a passenger car, for example. It can also be provided that the vehicle is designed as a utility vehicle.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program comprising commands which, when the program is executed by a computing device, cause the computer to execute a method according to the invention and the advantageous refinements thereof.
  • a computer-readable (storage) medium comprises commands which, when executed by a computing device, cause it to execute a method according to the invention and the advantageous embodiments thereof.
  • Embodiments and their advantages apply accordingly to the computing device according to the invention, to the ultrasonic sensor device according to the invention, to the vehicle according to the invention, to the computer program according to the invention and to the computer-readable (storage) medium according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vehicle which has a
  • Ultrasonic sensor device with a plurality of ultrasonic sensors, and an object in a surrounding area of the vehicle;
  • FIG. 3 shows the sensor signal according to FIG. 2, which is divided into a plurality of partial signals
  • Fig. 4 shows the individual partial signals according to FIG. 3, the partial signals on a
  • FIG. 5 shows the partial signals according to FIG. 4, with respective sampling points of the partial signals being shown.
  • the vehicle 1 shows a vehicle 1, which in the present case is designed as a passenger vehicle, in a top view.
  • the vehicle 1 includes a driver assistance system 2, which for this purpose serves to support a driver in driving the vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 can be designed, for example, as a parking assistance system, by means of which a driver can be supported when parking the vehicle 1 in a parking space and / or when pulling out of the parking space.
  • the driver assistance system 2 or the vehicle 1 also has a
  • Ultrasonic sensor device 3 comprises at least one ultrasonic sensor 4.
  • the ultrasonic sensor device 3 comprises twelve ultrasonic sensors 4, six of which are arranged in a front area 6 of the vehicle 1 and six in a spot area 7 of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 can be mounted on the bumpers of the vehicle 1, for example.
  • the ultrasonic sensors 4 can be located in corresponding recesses or at least in some areas
  • the ultrasonic sensors 4 are arranged concealed behind the bumpers.
  • the ultrasonic sensors 4 can also be arranged on further trim parts or components of the vehicle 1.
  • the vehicle 1 the ultrasonic sensors 4 can also be arranged on further trim parts or components of the vehicle 1.
  • Ultrasonic sensors can be arranged on or hidden behind the doors of the vehicle 1.
  • Objects 8 in a surrounding area 9 of vehicle 1 can be detected with the respective ultrasonic sensors 4.
  • An object 8 is shown schematically in the present case
  • the ultrasonic sensor device 3 also includes an electronic computing device 5, which is connected to the respective ultrasonic sensors 4 for data transmission.
  • the corresponding data bus is not shown here for the sake of clarity.
  • the respective ultrasonic sensors 4 can be stimulated to emit the ultrasonic signal with a corresponding excitation signal.
  • sensor signals 10 that are provided by the ultrasonic sensors 4 can be transmitted to the computing device 5. Based on the
  • Sensor signals 10 can then be used with computing device 5 to detect objects 8 in a surrounding area 9. This information can then be used by the
  • Driver assistance system 2 can be used to output an output to the driver of the
  • Driver assistance system 2 in a steering, a braking system and / or a
  • FIG. 2 shows a profile of a sensor signal 10 in a schematic representation.
  • the time t is plotted on the abscissa and the frequency f is plotted on the ordinate.
  • the ultrasonic signal which is emitted by the ultrasonic sensor 4 is a linear chirp-up signal.
  • the sensor signal 10, which describes the ultrasonic signal reflected from the object 8, is thus also a linear chirp-up signal.
  • the frequency f of the sensor signal 10 increases linearly as a function of the time t.
  • the frequency f is increased from a starting frequency f1 to an end frequency f2.
  • the chirp duration tc of the sensor signal 10 is also shown.
  • the ultrasonic signal can be a chirp-down.
  • FIG. 3 shows the sensor signal 10 according to FIG. 2, which is divided into a plurality of partial signals 11.
  • a plurality of bandpass filters can be used to divide the sensor signal 10 into the partial signals 11.
  • a specific frequency range FB1, FB2, FB3, FB4 is assigned to each bandpass filter.
  • four frequency ranges FB1 to FB4 are used.
  • the time course of the frequency f of the sensor signal 10 is known.
  • each of the partial signals 11 contains a section of the sensor signal 10 or a chirp section, the frequency ranges FB1 to FB4 of the partial signals being precisely known.
  • the frequency ranges FB1 to FB4 are selected in such a way that the respective partial signals 11 have the same duration td.
  • the partial signals 11 are mixed so that a common center frequency of all filters is created. This is illustrated in the present case by arrows 12.
  • Fig. 4 shows the individual partial signals 11 of the sensor signal 10 after mixing. It can be seen here that the respective partial signals 11 have the same duration td. This transformation turns the actual individual chirp into a chirp sequence.
  • the respective start frequencies f1 of the partial signals 1 1 correspond to the start frequency f1 of the sensor signal 10. If the chirp is now reflected by a moving object 8, the successive partial signals 11 are slightly shifted over time. This arises because the object 8 is already moving during the measurement and thus a change in distance occurs. Since a large number of filters, typically more than ten filters, is usually used, the change in distance within a partial signal 11 can be neglected.
  • the sensor signal 10 is scanned accordingly.
  • the partial signals 1 1 or the bandpass filters are selected so that the sampling points P1 -1, P2-1, P3-1 lie on the same frequency f. It can also be provided that time differences ⁇ t between the partial signals 1 1 are corrected, so that all partial signals 1 1
  • an object 8 may have moved a certain distance. This means that depending on the speed one
  • Phase shift or a very small change in distance between the measurement of the sampling point P1 -1 and the sampling point P2-1 has taken place. If the object 8 moves at a constant speed during the measurement, the same phase shift also takes place between the sampling point P2-1 of the second partial signal 11 and a sampling point P3-1 of a third partial signal 11. Overall, there is a time-dependent phase shift.
  • the Doppler frequency or Doppler shift can be derived from the quotient of the
  • Phase difference and the time offset ⁇ t between the sampling points P1 -1, P2-1, P3-1 can be determined.
  • the time offset ⁇ t corresponds to the present time duration td of the respective partial signals 11. In narrowband systems, as are present in the case of the ultrasonic sensors 4, the same also applies to the further sampling points.
  • the respective distances between the objects 8 and the ultrasonic sensor 4 can be determined on the basis of the transit time between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of the ultrasonic signal reflected by the object 8. In this way, several objects 8 can be distinguished from one another.

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Objekts (8) mittels eines Ultraschallsensors (4), bei welchem der Ultraschallsensor (4) derart angesteuert wird, dass mittels des Ultraschallsensors (4) ein Ultraschallsignal als Chirp ausgesendet wird, ein Sensorsignal (10) bestimmt wird, welches das von dem Objekt (8) reflektierte und mit dem Ultraschallsensor (4) empfangene Ultraschallsignal beschreibt, anhand des Sensorsignals (10) eine Doppler-Verschiebung zwischen dem ausgesendeten Ultraschallsignal und dem empfangenen Ultraschallsignal bestimmt wird und anhand der Doppler-Verschiebung die Geschwindigkeit des Objekts (8) bestimmt wird, wobei das Sensorsignal (10) in eine Mehrzahl von Teilsignalen (11) eingeteilt wird, wobei jedes der Teilsignale (11) einen vorbestimmten Frequenzbereich (FB1-FB4) des Sensorsignals (10) beschreibt, zwischen den Teilsignalen (11) ein Phasenunterschied bestimmt wird und die Doppler-Verschiebung anhand des Phasenunterschieds und eines zeitlichen Versatzes (Δt) zwischen den Teilsignalen (11) bestimmt wird.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors durch Einteilung eines Sensorsignals in Teilsignale, Recheneinrichtung sowie Ultraschallsensorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors. Bei dem Verfahren wird der
Ultraschallsensor derart angesteuert, dass mittels des Ultraschallsensors ein
Ultraschallsignal als Chirp ausgesendet wird. Zudem wird ein Sensorsignal bestimmt, welches das von dem Objekt reflektierte und mit dem Ultraschallsensor empfangene Ultraschallsignal beschreibt. Des Weiteren wird anhand des Sensorsignals eine Doppler- Verschiebung zwischen dem ausgesendeten Ultraschallsignal und dem empfangenen Ultraschallsignal bestimmt und anhand der Doppler-Verschiebung wird die
Geschwindigkeit des Objekts bestimmt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares
(Speicher)medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Fahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen umfassen üblicherweise mehrere
Ultraschallsensoren, welche dazu dienen, Objekte in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs zu erkennen. Flierzu wird mit den Ultraschallsensoren jeweils ein
Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden. Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass Messungen mit
Ultraschallsensoren dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit eines Objekts abzuschätzen. Fleutige Ultraschallsensoren beziehungsweise
Ultraschallsensorvorrichtungen können die Geschwindigkeit eines Objekts über die Positionsänderung zwischen aufeinanderfolgenden Messungen bestimmen. Flierzu beschreibt die DE 10 2009 029 465 A1 ein Verfahren zur Bestimmung von
Bewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeit eines sich relativ zu einem Fahrzeug bewegenden Objekts. Hierbei erfolgt ein Ermitteln des Abstandes des Objekts zu den Sensoren, der Geschwindigkeitskomponente des Objekts auf den Sensor zu oder vom Sensor weg und des Winkels zwischen der Strecke vom Objekt zum Sensor und der Senkrechten zur Verbindungslinie zwischen den Sensoren. Zudem wird der
Geschwindigkeitsvektor und damit die Relativgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des sich bewegenden Objekts aus diesen ermittelten Daten bestimmt.
Eine Messung der Objektgeschwindigkeit über die Doppler-Verschiebung wird bei Ultraschallsensoren üblicherweise nicht verwendet. Mit der Bestimmung der Doppler- Verschiebung, so wie es bei Radarsystemen üblich ist, ist eine direkte Bestimmung der Objektgeschwindigkeit möglich. Anhand der unterschiedlichen Objektgeschwindigkeiten können dann die Objekte voneinander unterschieden werden. Verhindert wird der aus der Radartechnik bekannte Ansatz dadurch, dass bei Ultraschallsensoren eine deutlich langsamere Ausbreitungsgeschwindigkeit vorhanden ist. Des Weiteren wird bei
Ultraschallsensorvorrichtungen meist ein Ultraschallsensor sowohl zum Aussenden als auch zum Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals genutzt, da diese Systeme einen starken Fokus auf Kostenreduzierung aufweisen. Aufgrund der Kosten ist somit eine Änderung der Hardware, welche eine Doppler-Messung ermöglicht, meist nicht gewünscht.
Die DE 1 630 964 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vermeidung oder Herabsetzung von Auffahrunfällen oder Kollisionen im Kraftfahrzeugverkehr. Hierbei ist vorgesehen, dass ein dem Eigenfahrzeug vorauseilender scharf gebündelter Strahl von Ultraschallwellen nach seiner Reflexion am Fremdobjekt Informationen über Annäherungsgeschwindigkeit und momentanen Abstand vom Fremdobjekt überträgt und in Relation zur
Geschwindigkeit des Eigenfahrzeuges ein Signal oder den Bremsvorgang selbst auslöst. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Information über die Annäherungsgeschwindigkeit an das Fremdobjekt aus der Doppler-Frequenz des reflektierten Wellenzuges erfolgt.
Ferner beschreibt die DE 10 2013 21 1 846 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines
Umfelderfassungssystems eines Fahrzeugs mit zumindest einer Sende- /Empfangseinheit, wobei die Sende-/Empfangseinheit ein frequenzmoduliertes Signal aussendet und die Sende-/Empfangseinheit und/oder eine oder mehrere weitere Sende- /Empfangseinheiten Echosignale des ausgesendeten frequenzmodulierten Signals empfangen. Das ausgesendete frequenzmodulierte Signal weist dabei zumindest einen ersten Abschnitt mit ansteigenden Frequenzen und einen zweiten Abschnitt mit abfallenden Frequenzen oder einen ersten Abschnitt mit abfallenden Frequenzen und einen zweiten Abschnitt mit ansteigenden Frequenzen auf. Bei einem bewegten Objekt erfolgt eine Doppler-Verschiebung der Echosignale. Zudem durchlaufen die
empfangenen Echosignale eine erste FIR-Filtervorrichtung mit einem ersten FIR-Signal sowie eine zweite FIR-Filtervorrichtung mit einem zweiten FIR-Signal. Außerdem werden ein erster Zeitpunkt bester Übereinstimmung der empfangenen Echosignale zu dem ersten FIR-Signal und ein zweiter Zeitpunkt bester Übereinstimmung der empfangenen Echosignale zu dem zweiten FIR-Signal ermittelt. Aus einer Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt wird die Information über die
Geschwindigkeit der Reflexionsquelle relativ zur Sende-/Empfangseinheit mittels eines linearen Ansatzes ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, bei einem einzelnen Objekt zu bestimmen, ob sich dieses auf die Sende-/Empfangseinheit zu oder von dieser weg bewegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine
Geschwindigkeit eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors auf einfache und zuverlässige Weise abgeschätzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch ein Verfahren, durch eine
Recheneinrichtung, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein
Computerprogramm sowie durch ein computerlesbares (Speicher)medium mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors. Bei dem Verfahren wird der Ultraschallsensor derart angesteuert, dass mittels des Ultraschallsensors ein Ultraschallsignal als Chirp ausgesendet wird. Darüber hinaus wird ein Sensorsignal bestimmt, welches das von dem Objekt reflektierte und mit dem Ultraschallsensor empfangene Ultraschallsignal beschreibt. Außerdem wird anhand des Sensorsignals eine Doppler-Verschiebung zwischen dem ausgesendeten Ultraschallsignal und dem empfangenen Ultraschallsignal bestimmt und anhand der Doppler-Verschiebung wird die Geschwindigkeit des Objekts bestimmt. Dabei ist vorgesehen, dass das Sensorsignal in eine Mehrzahl von Teilsignalen eingeteilt wird, wobei jedes der Teilsignale einen vorbestimmten Frequenzbereich des Sensorsignals beschreibt. Zudem wird zwischen den Teilsignalen ein Phasenunterschied bestimmt und die Doppler-Verschiebung wird anhand des Phasenunterschieds und eines zeitlichen Versatzes zwischen den Teilsignalen bestimmt. Mithilfe des Verfahrens soll ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs erfasst werden und insbesondere soll die aktuelle Geschwindigkeit des Objekts abgeschätzt werden. Das Verfahren kann beispielsweise mit einer entsprechenden Recheneinrichtung einer Ultraschallsensorvorrichtung durchgeführt werden. Bei dieser Recheneinrichtung kann es sich um ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) des Fahrzeugs oder um eine in dem Ultraschallsensor integrierte Elektronik handeln. Der Ultraschallsensor kann eine Membran aufweisen, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann und aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein kann. Diese Membran wird mit einem entsprechenden
Schallwandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu
mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt. Flierzu kann das
Schallwandlerelement mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Das ausgesendete Ultraschallsignal wird von dem Objekt reflektiert und gelangt zu dem Ultraschallsensor zurück. Durch das reflektierte Ultraschallsignal wird die Membran zum Schwingen angeregt, wobei die Schwingung mittels des Schallwandlerelements erfasst werden kann. Mit dem Schallwandlerelement kann dann das Sensorsignal ausgegeben werden, welches den zeitlichen Verlauf des reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Bei dem Sensorsignal kann es sich um ein Rohsignal handeln, welches mit dem
Schallwandlerelement in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung ausgegeben wird und welches entsprechen abgetastet wird. Das Sensorsignal kann auch dadurch bereitgestellt werden, dass das Rohsignal vor der Abtastung entsprechend verstärkt und/oder gefiltert wird. Dieses Sensorsignal kann dann von dem
Ultraschallsensor an die Recheneinrichtung übertragen werden.
Um die aktuelle Geschwindigkeit des Objekts abschätzen zu können, wird mit dem Ultraschallsensor zunächst das Ultraschallsignal ausgesendet. Dabei wird das
Schallwandlerelement derart angeregt, dass das Ultraschallsignal als Chirp ausgesendet wird. Es kann also ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal ausgesendet werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sich die Frequenz des Ultraschallsignals in
Abhängigkeit von der Zeit verändert. Beispielsweise kann sich die Frequenz des
Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der Zeit erhöhen oder verringern. Damit ein derartiges Ultraschallsignal von dem Ultraschallsensor ausgesendet wird, kann das Schallwandlerelement mit einem Chirp oder Chirp-Signal als Anregungssignal angeregt werden. Das Anregungssignal kann in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung bereitgestellt werden. Wenn das Ultraschallsignal von einem Objekt reflektiert wird, welches sich relativ zu dem Ultraschallsensor beziehungsweise zu dem Fahrzeug bewegt, tritt infolge des Doppler-Effekts eine Stauchung oder Dehnung des Signals auf. Die Änderung zwischen der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals und der Frequenz des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann auch als Doppler- Verschiebung beziehungsweise als Doppler-Frequenz bezeichnet werden. Diese Doppler- Verschiebung wird auf Grundlage des Sensorsignals bestimmt. Dabei ist das
Anregungssignal, mit dem das Schallwandlerelement zum Aussenden des
Ultraschallsignals angeregt wird, bekannt. Aus einem Vergleich des Anregungssignals mit dem Sensorsignal kann dann die Doppler-Verschiebung bestimmt werden. Auf Grundlage der Doppler-Verschiebung kann die Relativgeschwindigkeit des Objekts zu dem Fahrzeug bestimmt werden. Unter Berücksichtigung der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder der Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann dann die Geschwindigkeit des Objekts abgeschätzt werden.
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Sensorsignal in eine Mehrzahl von Teilsignalen eingeteilt wird, wobei jedes der Teilsignale einen vorbestimmten
Frequenzbereich des Sensorsignals beschreibt. Dabei unterscheiden sich insbesondere die jeweiligen Frequenzbereiche der Teilsignale voneinander. Beispielsweise können die Teilsignale zeitlich aufeinanderfolgenden und zusammen das Sensorsignal bilden. Für jedes der Teilsignale beziehungsweise bestimmte Punkte der Teilsignale kann die Phase bestimmt werden. Der Unterschied zwischen den Phasen kann den Phasenunterschied beschreiben. Beispielsweise wird zwischen zumindest zwei Teilsignalen ein
Phasenunterschied bestimmt. Wenn sich das Objekt bewegt, ergeben sich zwischen den jeweiligen Teilsignalen geringe Abstandsunterschiede. Durch die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen den zumindest zwei Teilsignalen und dem bekannten zeitlichen Unterschied beziehungsweise dem bekannten zeitlichen Versatz zwischen den zumindest zwei Teilsignalen kann dann die Doppler-Verschiebung bestimmt werden.
Es kann also ein Phasenunterschied über der Zeit bestimmt werden. Hieraus resultiert eine Frequenz, welche die Doppler-Frequenz beziehungsweise die Doppler-Verschiebung beschreibt. Auf Grundlage der Doppler-Verschiebung kann dann die Geschwindigkeit des Objekts abgeschätzt werden. Die vorgeschlagene Lösung besteht also in einer Methode zur Schätzung der Doppler-Verschiebung mit einem Ultraschallsensor unter der
Verwendung eines einzigen Chirp-Sendesignals beziehungsweise Chirp- Ultraschallsignals. Somit ist es nicht erforderlich, mehrere Chirpsignale, beispielsweise ein Chirp-up-Signal und ein Chirp-down-Signal zu verwenden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der reinen softwaretechnischen Implementierung keine
Hardwareänderungen und damit keine zusätzlichen Kosten notwendig sind. Insgesamt kann somit die Geschwindigkeit eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors auf einfache und zuverlässige Weise abgeschätzt werden.
Bevorzugt wird die Einteilung des Sensorsignals in die Teilsignale derart durchgeführt, dass die jeweiligen Teilsignale die gleiche Zeitdauer aufweisen. Wie bereits erläutert, wird das Sensorsignal in die Mehrzahl von Teilsignalen eingeteilt. Jedes der Teilsignale enthält nun einen Abschnitt des Chirp-Signals, dessen Frequenz genau bekannt ist. Dabei weisen die jeweiligen Teilsignale die gleiche Zeitdauer auf. Dadurch, dass die jeweilige Zeitdauer der Teilsignale gleich ist, ist auch der zeitliche Versatz zwischen den
Teilsignalen, der zur Berechnung der Doppler-Verschiebung herangezogen wird, bekannt. Damit kann die Doppler-Verschiebung auf Grundlage des Phasenunterschieds auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.
In einer weiteren Au sfüh rungsform werden die Teilsignale derart gemischt, dass eine Startfrequenz der jeweiligen Teilsignale gleich ist. Die jeweiligen Teilsignale können so gemischt werden, dass eine gemeinsame Mittenfrequenz oder Startfrequenz der jeweiligen Teilsignale entsteht. Beispielsweise können die jeweiligen Teilsignale auf die Startfrequenz des Chirps gemischt werden. Durch diese Transformation beziehungsweise durch das Mischen kann aus dem Chirp eine Chirp-Folge oder Chirp-Sequenz erzeugt werden. Wird das Ultraschallsignal beziehungsweise der Chirp nun von einem bewegten Objekt reflektiert, tritt eine geringe zeitliche Verschiebung der aufeinanderfolgenden Teilsignale beziehungsweise Chirp-Sequenzen auf. Diese entsteht dadurch, dass sich während der Messung beziehungsweise des Aussendens des Ultraschallsignals das Objekt bereits bewegt und damit eine Abstandsänderung auftritt. Die jeweiligen
Teilsignale, welche auf die Startfrequenz gemischt wurden, stellen also eine Chirp- Sequenz dar. Somit kann eine Auswertung ähnlich zum Chirp-Sequenz-Verfahren genutzt werden.
In einer weiteren Au sfüh rungsform wird das Sensorsignal abgetastet und jedes der Teilsignale umfasst eine Mehrzahl von Abtastpunkten, wobei die Teilsignale derart bestimmt werden, dass zueinander korrespondierende Abtastpunkte der jeweiligen Teilsignale einer gleichen Frequenz zugeordnet sind. Beispielsweise kann das
Sensorsignal mit einem entsprechenden Analog-Digital-Wandler abgetastet werden.
Somit liegt eine Mehrzahl von Abtastpunkten vor, welche das Sensorsignal beschreibt. Dabei kann die Einteilung des Sensorsignals in die Teilsignale und/oder das Mischen der Teilsignale so erfolgen, dass nach dieser Transformation die Abtastpunkte auf denselben Punkten einer Frequenz liegen. Mit anderen Worten kann jedes der Teilsignale durch eine Mehrzahl von Abtastpunkten beschrieben werden. Dabei erfolgt die Einteilung in die Chirp-Sequenz derart, dass die jeweiligen Teilsignale korrespondierende Abtastpunkte aufweisen. Dabei sind die korrespondierenden Abtastpunkten jeweils der gleichen Frequenz zugeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Phasenunterschied zwischen den korrespondierenden Abtastpunkten bestimmt wird. Auch der zeitliche Unterschied zwischen diesen korrespondierenden Abtastpunkten ist bekannt. Somit kann die Doppler-Verschiebung auf einfache und zuverlässige Weise ermittelt werden.
Bevorzugt wird zum Einteilen des Sensorsignals in die Teilsignale eine Mehrzahl von Bandpassfiltern verwendet. Es kann also eine Mehrzahl von Bandpassfiltern
beziehungsweise eine Filterbank bereitgestellt werden, um das Sensorsignal zu filtern. Durch das Filtern kann das Sensorsignal in die Teilsignale eingeteilt werden. Da die Änderung der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals bekannt ist, können die Durchlassbereiche der jeweiligen Bandpassfilter so gewählt werden, dass an den Ausgängen der Bandpassfilter die gewünschten Teilsignale ausgegeben werden.
Insbesondere können die Durchlassbereiche der Bandpassfilter so gewählt werden, dass die Teilsignale die gleiche zeitliche Dauer aufweisen. Damit können die Teilsignale mit geringem Aufwand innerhalb einer kurzen Rechenzeit bereitgestellt werden.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das Sensorsignal in zumindest fünf
Teilsignale, insbesondere in zumindest zehn Teilsignale, eingeteilt wird. Wenn eine ausreichend große Anzahl von Bandpassfilter, typischerweise mehr als zehn
Bandpassfilter verwendet werden, kann eine ausreichende Anzahl von Teilsignalen erzeugt werden. Dadurch kann die Abstandsänderung des Objekts innerhalb eines Teilsignals vernachlässigt werden. Damit kann die Geschwindigkeit auf Grundlage des Phasenunterschieds und des zeitlichen Versatzes bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Ultraschallsensor derart angesteuert, dass das Ultraschallsignal ein linearer Chirp-up oder ein linearer Chirp-down ist. Bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal kann die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit also linear erhöht werden. Alternativ dazu kann die Frequenz des ausgesendeten
Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der Zeit linear verringert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ausreichend nur ein Chirp-up-Signal oder ein Chirp- down-Signal zu verwenden. Somit kann die Geschwindigkeit des Objekts innerhalb einer kurzen Zeitdauer abgeschätzt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Sensorsignal das von einem weiteren Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, für das weitere Objekt die Doppler-Verschiebung bestimmt wird und die Geschwindigkeit des weiteren Objekts anhand der Doppler- Verschiebung bestimmt wird. Grundsätzlich können sich mehrere Objekte in dem
Umgebungsbereich des Fahrzeugs befinden. Bei mehreren Objekten mit verschiedenen Geschwindigkeiten ergeben sich über derzeit verschiedene Doppler-Frequenzen. Somit können die jeweiligen Geschwindigkeiten der Objekte bestimmt werden. Dies beinhaltet insbesondere auch, dass auf Grundlage der jeweiligen Doppler-Verschiebung überprüft wird, ob sich das Objekt bewegt oder ein statisches Objekt ist. Somit können die Objekte entsprechend klassifiziert werden.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass anhand einer Laufzeit zwischen dem
Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Ultraschallsignals ein jeweiliger Abstand zu dem Objekt und dem weiteren Objekt bestimmt wird und die jeweils bestimmte Doppler-Verschiebung dem Objekt und dem weitern Objekt in Abhängigkeit von dem Abstand zugeordnet wird. Anhand der Laufzeit kann der jeweilige Abstand zwischen dem Ultraschallsensor dem Objekt beziehungsweise dem Objekt bestimmt werden. Somit können die jeweiligen Objekte voneinander unterschieden werden. Damit können auch für die jeweiligen Objekte die Doppler-Verschiebung bestimmt werden und hieraus die Geschwindigkeiten der Objekte abgeleitet werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden, wobei bei jedem Messzyklus ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird. In diesem Fall können die einzelnen Objekte anhand ihrer unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterschieden werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass statische Objekte, also sich nicht bewegenden Objekte, von sich bewegenden Objekten beziehungsweise
dynamischen unterschieden werden. Hierbei kann es ferner vorgesehen sein, dass die entsprechenden Objekte nachverfolgt werden. Diese Informationen können dann beispielsweise von einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs genutzt werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Fahrzeugs ist zum Durchführen eines Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Ferner kann die Recheneinrichtung durch eine Elektronik des Ultraschallsensors bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die Recheneinrichtung insbesondere durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bereitgestellt werden.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung und zumindest einen Ultraschallsensor. Bevorzugt kann die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweisen, die beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden können. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, welches eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung umfasst. Mittels des Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt zumindest semi-autonom manövriert werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße
Ultraschallsensorvorrichtung. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen.
Ein erfindungsgemäßes computerlesbares (Speicher)medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung, für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrzeug, für das erfindungsgemäße Computerprogramm sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare (Speicher)medium.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte
Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine
Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist, sowie ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs;
Fig. 2 einen Verlauf einer Frequenz eines Sensorsignals in Abhängigkeit von der
Zeit, wobei das Sensorsignal ein von dem Objekt reflektiertes Ultraschallsignal beschreibt;
Fig. 3 das Sensorsignal gemäß Fig. 2, welches in eine Mehrzahl von Teilsignalen eingeteilt wird;
Fig. 4 die einzelnen Teilsignale gemäß Fig. 3, wobei die Teilsignale auf eine
gemeinsame Startfrequenz gemischt werden; und
Fig. 5 die Teilsignale gemäß Fig. 4, wobei jeweilige Abtastpunkte der Teilsignale dargestellt sind.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 , welches vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem ein Fahrer beim Einparken des Fahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken der Parklücke unterstützt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 2 beziehungsweise das Fahrzeug 1 weist ferner eine
Ultraschallsensorvorrichtung 3 auf. Diese Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4, von denen sechs in einem Frontbereich 6 des Fahrzeugs 1 und sechs in einem Fleckbereich 7 des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an den Stoßfängern des Fahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise
Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind.
Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen oder Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die
Ultraschallsensoren an oder verdeckt hinter den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Objekte 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem
Umgebungsbereich 9 gezeigt. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst ferner eine elektronische Recheneinrichtung 5, welche zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 verbunden ist. Eine Datenleitung beziehungsweise ein
entsprechender Datenbus ist vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Mit der elektronischen Recheneinrichtung 5 können die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Zudem können Sensorsignale 10, die mit den Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an die Recheneinrichtung 5 übertragen werden. Auf Grundlage der
Sensorsignale 10 können dann mit der Recheneinrichtung 5 die Objekte 8 in einem Umgebungsbereich 9 erkannt werden. Diese Information kann dann von dem
Fahrerassistenzsystem 2 dazu genutzt werden, eine Ausgabe an den Fahrer des
Fahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das
Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen
Antriebsmotor des Fahrzeugs eingreift, um das Fahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren. Fig. 2 zeigt einen Verlauf eines Sensorsignals 10 in einer schematischen Darstellung. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Frequenz f aufgetragen. In dem vorliegenden Beispiel ist das Ultraschallsignal, das von dem Ultraschallsensor 4 ausgesendet wird, ein lineares Chirp-up-Signal. Somit ist auch das Sensorsignal 10, welches das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, ein lineares Chirp- up-Signal. Dies bedeutet, dass die Frequenz f des Sensorsignals 10 in Abhängigkeit von der Zeit t linear zunimmt. Dabei wird die Frequenz f ausgehend von einer Startfrequenz f1 zu einer Endfrequenz f2 erhöht. Ferner ist die Chirp-Dauer tc des Sensorsignals 10 gezeigt. Alternativ zu dem gezeigten Beispiel kann das Ultraschallsignal ein Chirp-down sein.
Fig. 3 zeigt das Sensorsignal 10 gemäß Fig. 2, welches in eine Mehrzahl von Teilsignalen 1 1 eingeteilt wird. Um das Sensorsignal 10 in die Teilsignale 1 1 einzuteilen, kann eine Mehrzahl von Bandpassfiltern verwendet werden. Dabei ist jedem Bandpassfilter ein bestimmter Frequenzbereich FB1 , FB2, FB3, FB4 zugeordnet. In dem vorliegenden vereinfachten Beispiel werden vier Frequenzbereiche FB1 bis FB4 verwendet. Der zeitliche Verlauf der Frequenz f des Sensorsignals 10 ist bekannt. Vorliegend enthält jedes der Teilsignale 1 1 einen Abschnitt des Sensorsignals 10 beziehungsweise einen Chirp-Abschnitt, wobei die Frequenzbereiche FB1 bis FB4 der Teilsignale genau bekannt sind. Dabei sind die Frequenzbereiche FB1 bis FB4 so gewählt, dass die jeweiligen Teilsignale 1 1 die gleiche Zeitdauer td aufweisen. In einem nächsten Schritt werden die Teilsignale 1 1 so gemischt, dass eine gemeinsame Mittenfrequenz aller Filter entsteht. Dies ist vorliegend durch die Pfeile 12 veranschaulicht.
Fig. 4 zeigt die einzelnen Teilsignale 1 1 des Sensorsignals 10 nach dem Mischen. Hierbei ist zu erkennen, dass die jeweiligen Teilsignale 1 1 die gleiche Zeitdauer td aufweisen. Durch diese Transformation wird aus dem tatsächlichen einzelnen Chirp eine Chirp- Folge. In diesem Beispiel entsprechen die jeweiligen Startfrequenzen f1 der Teilsignale 1 1 der Startfrequenz f1 des Sensorsignals 10. Wird der Chirp nun von einem bewegten Objekt 8 reflektiert, tritt eine geringe zeitliche Verschiebung der aufeinanderfolgenden Teilsignale 1 1 auf. Diese entsteht, da sich das Objekt 8 während der Messung bereits bewegt und damit eine Abstandsänderung auftritt. Da üblicherweise eine große Anzahl an Filtern, typischerweise mehr als zehn Filter verwendet wird, kann die Abstandsänderung innerhalb eines Teilsignals 1 1 vernachlässigt werden.
Das Sensorsignal 10 wird entsprechend abgetastet. Dabei sind die Teilsignale 1 1 beziehungsweise die Bandpassfilter so gewählt, dass die Abtastpunkte P1 -1 , P2-1 , P3-1 auf derselben Frequenz f liegen. Es kann ferner vorgesehen sein, dass Zeitunterschiede Ät zwischen den Teilsignalen 1 1 korrigiert werden, sodass alle Teilsignale 1 1
übereinander liegen. Vergleicht man nun die Phasen der Abtastpunkte P1 -1 , P2-1 , P3-1 bei einer Frequenz miteinander, ergeben sich durch die geringen Abstandsunterschiede bei dem bewegten Objekt 8 Phasenunterschiede an diesen Abtastpunkten P1 -1 , P2-1 , P3-1. Diese Phasenunterschiede treten bei konstanter Geschwindigkeit des Objekts 8 auch konstant über die Teilsignale 1 1 auf. Betrachtet man die vormaligen zeitlichen Unterschiede zwischen zwei Abtastpunkten P1 -1 , P2-1 , P3-1 bei gleicher Frequenz f, ergibt sich ein Phasenunterschied über der Zeit t. Daraus resultiert eine Frequenz, die sogenannte Doppler-Frequenz oder Doppler-Verschiebung. Die Berechnung dieser Frequenz kann somit auf einfache Weise mithilfe einer Fourier-Transformation über die Abtastpunkte P1 -1 , P2-1 , P3-1 bei gleicher Frequenz f durchgeführt werden.
Zwischen einem Abtastpunkt P1 -1 eines ersten Teilsignals 1 1 und dem Abtastpunkt P2-1 eines zweiten Teilsignals 1 1 kann sich beispielsweise ein Objekt 8 um einen bestimmten Abstand bewegt haben. Dies bedeutet, dass je nach Geschwindigkeit eine
Phasenverschiebung beziehungsweise eine sehr geringe Abstandsänderung zwischen der Messung des Abtastpunkts P1 -1 und des Abtastpunkts P2-1 stattgefunden hat. Bewegt sich das Objekt 8 mit gleichbleibender Geschwindigkeit während der Messung, findet die gleiche Phasenverschiebung auch zwischen dem Abtastpunkt P2-1 des zweiten Teilsignals 1 1 und einem Abtastpunkt P3-1 eines dritten Teilsignals 1 1 statt. Es ergibt sich also insgesamt eine zeitabhängige Phasenverschiebung. Die Doppler-Frequenz beziehungsweise Doppler-Verschiebung kann aus dem Quotienten des
Phasenunterschieds und des zeitlichen Versatzes Ät zwischen den Abtastpunkten P1 -1 , P2-1 , P3-1 bestimmt werden. Der zeitliche Versatz Ät entspricht vorliegende der zeitlichen Dauer td der jeweiligen Teilsignale 1 1. Bei schmalbandigen Systemen, wie sie vorliegend bei den Ultraschallsensoren 4 vorliegen, gilt dasselbe auch für die weiteren Abtastpunkte.
Bei mehreren Objekten 8 mit jeweiligen verschiedenen Geschwindigkeiten ergeben sich über der Zeit t verschiedene Doppler-Frequenzen, die einem Objekt 8 in Abhängigkeit von Abstand zugeordnet werden können. Hierzu können anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals um dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektieren Ultraschallsignals die jeweiligen Abstände zwischen den Objekten 8 und dem Ultraschallsensor 4 bestimmt werden. Auf diese Weise können mehrere Objekte 8 voneinander unterschieden werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Objekts (8) mittels eines Ultraschallsensors (4), bei welchem der Ultraschallsensor (4) derart angesteuert wird, dass mittels des Ultraschallsensors (4) ein Ultraschallsignal als Chirp ausgesendet wird, ein Sensorsignal (10) bestimmt wird, welches das von dem Objekt (8) reflektierte und mit dem Ultraschallsensor (4) empfangene
Ultraschallsignal beschreibt, anhand des Sensorsignals (10) eine Doppler- Verschiebung zwischen dem ausgesendeten Ultraschallsignal und dem
empfangenen Ultraschallsignal bestimmt wird und anhand der Doppler- Verschiebung die Geschwindigkeit des Objekts (8) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsignal (10) in eine Mehrzahl von Teilsignalen (1 1 ) eingeteilt wird, wobei jedes der Teilsignale (1 1 ) einen vorbestimmten Frequenzbereich (FB1 -FB4) des Sensorsignals (10) beschreibt, zwischen den Teilsignalen (1 1 ) ein
Phasenunterschied bestimmt wird und die Doppler-Verschiebung anhand des Phasenunterschieds und eines zeitlichen Versatzes (Ät) zwischen den Teilsignalen (1 1 ) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einteilung des Sensorsignals (10) in die Teilsignale (1 1 ) derart durchgeführt wird, dass die jeweiligen Teilsignale (1 1 ) die gleiche Zeitdauer (td) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilsignale (1 1 ) derart gemischt werden, dass eine Startfrequenz (f1 ) der jeweiligen Teilsignale (1 1 ) gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (10) abgetastet wird und jedes der Teilsignale (1 1 ) eine Mehrzahl von Abtastpunkten (P1 -1 , P2-1 , P3-1 ) umfasst, wobei die Teilsignale (1 1 ) derart bestimmt werden, dass zueinander korrespondierende Abtastpunkte (P1 -1 , P2-1 , P3-1 ) der jeweiligen Teilsignale (1 1 ) einer gleichen Frequenz (f) zugeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Einteilen des Sensorsignals (10) in die Teilsignale (1 1 ) eine Mehrzahl von Bandpassfiltern verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsignal (10) in zumindest fünf Teilsignale (1 1 ), insbesondere in zumindest zehn Teilsignale (1 1 ), eingeteilt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ultraschallsensor (4) derart angesteuert wird, dass das Ultraschallsignal ein linearer Chirp-up oder ein linearer Chirp-down ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsignal (10) das von einem weiteren Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, für das weitere Objekt die Doppler-Verschiebung bestimmt wird und die Geschwindigkeit des weiteren Objekts anhand der Doppler-Verschiebung bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand einer Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem
Empfangen des Ultraschallsignals ein jeweiliger Abstand zu dem Objekt (8) und dem weiteren Objekt bestimmt wird und die jeweils bestimmte Doppler- Verschiebung dem Objekt (8) und dem weiteren Objekt in Abhängigkeit von dem Abstand zugeordnet wird.
10. Recheneinrichtung (5) für eine Ultraschallsensorvorrichtung (3) eines Fahrzeugs (1 ), wobei die Recheneinrichtung (5) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist. 1 1. Ultraschallsensorvorrichtung (3) umfassend eine Recheneinrichtung (5) nach
Anspruch 10 und zumindest einen Ultraschallsensor (4).
12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung (5) diese veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
13. Computerlesbares (Speicher)medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinrichtung (5) diese veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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