WO2022171585A2 - Parking assistance system and building - Google Patents

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WO2022171585A2
WO2022171585A2 PCT/EP2022/052929 EP2022052929W WO2022171585A2 WO 2022171585 A2 WO2022171585 A2 WO 2022171585A2 EP 2022052929 W EP2022052929 W EP 2022052929W WO 2022171585 A2 WO2022171585 A2 WO 2022171585A2
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ultrasonic
ultrasonic sensor
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parking assistance
sensor arrangement
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Sylvio Salomon
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a parking assistance system and a building with such a parking assistance system.
  • Parking assistance systems are known which are intended for stationary use, for example in or on a building. Such parking assistance systems can support a provider of parking spaces and/or users of the parking spaces provided in various ways. For example, an occupancy of a parking garage can be determined by means of a corresponding system and thus efficient operation of the parking garage can be improved. The occupancy information can also be used to direct a motorist to a free parking space.
  • Autonomous or semi-autonomous vehicles can be supplied with additional data that is recorded and processed by the stationary parking assistance system, so that orientation of the vehicles can be improved and autonomous driving functions can be provided more safely and at the same time more quickly.
  • a stationary parking assistance system can take over the control of a remote-controlled vehicle.
  • the stationary parking assistance system records and monitors the driving maneuvers carried out by the vehicle using the stationary sensors. This is attractive because in this case the vehicle does not have to have its own sensor system, but only needs to be remotely controllable.
  • Ultrasonic sensors are used for parking assistance systems, whether mobile or stationary, known.
  • a short blind time of the ultrasonic sensor to the outside of the ultrasonic signal, a low background noise and a high signal-to-noise ratio are desirable.
  • US 2017059697 A1 teaches an arrangement in which an ultrasonic sensor is arranged concealed behind an inside of a molded part and is intended to detect objects on the outside of the molded part.
  • a prestressing structure presses the ultrasonic sensor against the inside of the molded part, with a coupling element being arranged between the ultrasonic sensor and the inner surface.
  • a damping material is attached to the inside of the molded part.
  • DE 10 2016 200 813 A1 discloses a method for determining a vehicle position of a vehicle, in which an ultrasonic beacon is provided.
  • An ultrasonic sensor in a vehicle emits a coded ultrasonic signal that includes a transmission code.
  • the coded ultrasonic signal is received by the ultrasonic beacon. If the transmission code is recognized by the ultrasonic beacon, a position signal is emitted by the ultrasonic beacon.
  • the position signal is received by the vehicle's ultrasonic sensor and the vehicle's position relative to the position of the ultrasonic beacon is determined using a time elapsed between transmission of the encoded ultrasonic signal and receipt of the position signal.
  • the object of the present invention is to provide an improved parking assistance system.
  • the inventors of the present application have developed the idea that using a broadband metamaterial for non-resonant impedance matching, as described in GD Aguanno et. al. "Broadband metamaterial for nonresonant matching of acoustic waves", Sci. Rep. 2, 340: D0l:10.1038/srep003401 (2012), accessed 21.10.2020 at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3314304/7toohpmcentrez, for medical diagnostic purposes and other micromechanical systems is described, could also offer advantages in the field of ultrasonic measurement of a motor vehicle environment or interior, and through further considerations and experiments finally arrived at the solution described below.
  • a parking assistance system with at least one stationary ultrasonic sensor arrangement and with a control device.
  • the ultrasonic sensor arrangement comprises an ultrasonic sensor with a housing, an ultrasonic membrane mechanically decoupled from the housing and a sound transducer element for exciting and detecting vibrations of the ultrasonic membrane, and a diaphragm section made of an acoustic metamaterial arranged in front of the ultrasonic membrane.
  • the control device is coupled to the ultrasonic sensor arrangement and is set up to actuate the ultrasonic sensor arrangement to transmit and/or to receive an ultrasonic signal.
  • This parking assistance system has the advantage that it can be made simpler than conventional parking assistance systems with ultrasonic sensors due to the use of the ultrasonic sensor arrangement configured as described, which has a particularly high signal-to-noise ratio.
  • fewer ultrasonic sensor arrangements can be required for a given area, or the electronics for controlling and/or reading out the ultrasonic sensor arrangement, for example the control device, can be made less complex since the requirements for signal processing are lower.
  • the inventors have experimentally determined the surprising effect that the acoustic metamaterial arranged in front of the ultrasonic membrane not only does not reduce the amplitude of the measured signal, which corresponds to the reflected ultrasonic wave, compared to an ultrasonic sensor arranged uncovered, but significantly increases it.
  • the parking assistance system can also be referred to as a stationary parking assistance system.
  • the parking assistance system is integrated in a building, for example.
  • the fact that the ultrasonic sensor arrangement is arranged “stationarily” means in particular that it is arranged on a fixed structure, for example a structural structure anchored to the ground.
  • the control device can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the control device can be designed as a computer or as a microprocessor, for example.
  • the control device can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as an algorithm, as part of a program code or as an executable object.
  • the control device can also be designed as part of a higher-level system, such as a building control system and/or a monitoring system.
  • the ultrasonic sensor arrangement described also has the advantage that the panel section can cover the ultrasonic sensor optically and mechanically and thus protect it from being looked at and from the effects of impacts and the like, for example.
  • the screen section is arranged in front of the ultrasonic membrane in such a way that it covers the ultrasonic membrane.
  • “Covered” is to be understood as meaning that ultrasonic waves emitted by the ultrasonic membrane into a spatial area to be measured and ultrasonic waves reflected from there back to the ultrasonic membrane pass through the aperture section in each case.
  • “Uncovered” means that ultrasonic waves can be emitted unhindered into the spatial area to be measured and reflected back from it, ie there is only air between the ultrasonic membrane and the object to be measured in the spatial area to be measured.
  • the ultrasonic membrane can be acoustically decoupled from the housing of the ultrasonic sensor, for example by means of a decoupling ring made of an acoustically soft material such as silicone.
  • the ultrasonic membrane can be inserted into an opening in the housing, with the decoupling ring being arranged between the ultrasonic membrane and the housing inner edge of the opening.
  • the sound transducer element can be a sound transducer element on a mechanical-inductive, mechanical-capacitive, mechanical-resistive, magnetostrictive or electrostrictive basis.
  • the sound transducer element can be a piezo element, for example.
  • the sound transducer element can be glued to the ultrasonic membrane within the housing, welded to the water or connected to the ultrasonic membrane in some other way.
  • the sound transducer element can be connected to an external electrical contact of the ultrasonic sensor via a loose decoupling wire.
  • the screen section can be a section of a larger molded part, such as a wall paneling or cover, which forms the screen section only in an area that is arranged in front of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor.
  • the panel portion may also comprise a substantially entire area of a standalone panel or the like that is purpose-specifically provided to conceal the ultrasonic membrane from the latter.
  • An acoustic metamaterial is to be understood in particular as a material which is given advantageous acoustic properties by structuring processing, which the unprocessed or unstructured material does not have.
  • the acoustic meta-material can in particular be a meta-material which, according to the publication by D'Aquanno et al. the principles described, to which express reference is made.
  • the fact that the control device is set up to activate the ultrasonic sensor arrangement to emit an ultrasonic signal is understood to mean in particular that the control device emits an electrical signal with a predetermined frequency to the ultrasonic sensor arrangement or applies the electrical signal to it, causing the sound transducer element to oscillate and thus the ultrasonic membrane is stimulated to emit the ultrasonic signal.
  • the frequency with which the ultrasonic signal is generated can be variable and adjustable.
  • control device is set up to activate the ultrasonic sensor arrangement to receive an ultrasonic signal is understood to mean in particular that the control device is set up to detect an electrical signal that can be picked up by a vibration of the sound transducer element thereon.
  • the control device is set up to detect an electrical signal that can be picked up by a vibration of the sound transducer element thereon.
  • a signal path is reversed: the ultrasonic membrane is set in motion by an incoming ultrasonic wave, which is transmitted to the baffle element and can be detected there as an electrical signal with the corresponding frequency.
  • the acoustic meta-material is a broadband acoustic meta-material through which ultrasonic waves can be tunneled non-resonantly at least in an angle of incidence range.
  • Broadband means in particular that the acoustic metamaterial is uniformly well permeable not only for ultrasonic waves with a specific frequency, but also for ultrasonic waves in a broad frequency band of, for example, 40 to 60 kHz, preferably 16 to 100 kHz.
  • non-resonantly tunnelable is meant, in particular, that an ultrasonic wave incident on the acoustic metamaterial "feels" an equal acoustic impedance in the medium, such as air, from which it arrives, and in the acoustic metamaterial, such that regardless of the Frequency of the ultrasonic wave and independent of the thickness of the acoustic metamaterial, essentially no reflections occur either at the entry surface or at the exit surface.
  • Non-resonant is to be understood in particular as meaning that no resonant pressure antinodes form within the metamaterial when tunneling through the acoustic metamaterial. Such a non-resonant tunnelability corresponds to the broadband nature of the acoustic metamaterial.
  • the non-resonant tunneling capability is preferably present at least in an ultrasonic wave angle of incidence range that includes a substantially perpendicular direction of incidence onto a surface of the diaphragm section made of the acoustic metamaterial.
  • angular ranges between 0° and 30° to 85° against the surface normal can be achieved.
  • an acoustic impedance on one side of the acoustic metamaterial baffle section can be matched to an acoustic impedance of the air in the space to be measured, and an acoustic impedance on another side of the baffle section can also be matched to the acoustic impedance of air or both be matched to the acoustic impedance of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor arranged on the other side.
  • the acoustic metal is formed from a reverberant base material in which a grid of several ren passage openings is formed.
  • Resonant is to be understood in particular as meaning a base material which, in the unprocessed state, has a high acoustic resistance and which, in the unprocessed state, reflects when sound waves impinge on it.
  • a rigid base material include a metal sheet, a plastic plate, a composite material plate, a fiber board, a wooden board, and the like.
  • the plurality of through openings can in particular be openings with a round cross section, which extend from one side of the screen section to the opposite side of the screen section.
  • a configuration with a lattice made up of a plurality of round through-openings is characterized by particularly favorable transmission properties.
  • a diameter of a respective passage opening is smaller than a wavelength of the ultrasonic waves to be emitted and received by the ultrasonic membrane.
  • the frequency of the ultrasonic waves to be transmitted and received i. H. the natural frequency of the ultrasonic membrane is, for example, between 16 and 100 kHz, preferably between 40 and 60 kHz and particularly preferably 50 kHz. Accordingly, at a temperature of 20° C., the wavelength of the ultrasonic waves to be sent and received by the ultrasonic membrane is between 21 and 3 mm, preferably between 9 and 6 and particularly preferably 7 mm. Different temperatures result in different wavelengths.
  • the diameter of the respective openings is very particularly preferably chosen to be a value which is smaller by a factor of 2 or more, preferably an integer, than the corresponding wavelength to be expected at 20° C., for example 1 mm.
  • a distance between two adjacent openings in the grid is larger than the diameter of the openings and smaller than the wavelength of the ultrasonic waves to be emitted and received by the ultrasonic membrane.
  • the hole spacing can be chosen between 2 and 4 mm and particularly preferably 2.5 mm.
  • the inventors were able to increase the received signal amplitude with an acoustic metamaterial designed in this way, which included a plate-shaped panel section made of steel, aluminum or plastic with a perforated grid with a hole spacing of 2.5 mm and a hole diameter of 1 mm, and a corresponding Improvement of the signal-to-noise ratio, depending on the distance between the ultrasonic membrane and the diaphragm section - by a factor of 1.5 to 10 compared to an uncovered arrangement of the ultrasonic sensor.
  • the proposed ultrasonic sensor arrangement further comprises a molded part, to which the ultrasonic sensor is attached in such a way that the ultrasonic membrane faces the molded part, and the molded part comprises the diaphragm section made of the acoustic metamaterial in a section in front of the ultrasonic membrane.
  • the molded part can in particular be formed from the base material from which the acoustic metamaterial is also formed, for example from sheet metal or plastic.
  • the molded part can be formed in one piece with the panel section.
  • the panel section can be formed subsequently in the molded part, for example by perforating the molded part.
  • the molded part can be a trim part that creates an aesthetic visual appearance, to which the ultrasonic sensor is additionally attached according to the proposal, and to which a diaphragm section made of an acoustic metamaterial is formed by structuring in an area in front of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor. In this way, the sensor can be hidden behind the molded part and still measure the spatial area on the other side of the molded part with a high echo signal amplitude.
  • the molding may be dedicated for attaching the ultrasonic sensor thereto and forming the aperture portion.
  • the ultrasonic sensor which could be used unobscured in a conventional manner, can be provided with an aperture which need only be slightly larger than the ultrasonic sensor and the purpose of which is to take advantage of the acoustic metamaterial aperture portion for the ultrasonic sensor array.
  • the ultrasonic sensor is attached to the molded part in that an outer wall of the housing of the ultrasonic sensor is connected to a bracket and the bracket is attached to the molded part in an area outside the panel section, with the surface of the ultrasonic membrane being parallel to the Molding is arranged behind the panel portion of the molding.
  • the housing can advantageously be stably attached to the molded part, whereas the sensor membrane mechanically decoupled from the housing is not attached to the molded part or mechanically decoupled from the molded part.
  • the ultrasonic membrane lies against the panel section.
  • the ultrasonic membrane can bear against the diaphragm section without contact pressure and/or without being fixed to the diaphragm section.
  • the acoustic impedance of the side of the acoustic metamaterial facing the ultrasound membrane can be matched to the acoustic impedance of the ultrasound membrane.
  • damping elements such as bores or damping material, can be provided on the molded part outside of the panel section. In this way, the development of structure-borne noise in the molded part can also be counteracted.
  • the ultrasonic membrane and the diaphragm section are mechanically decoupled from one another.
  • an air gap is formed between the ultrasonic membrane and the diaphragm section.
  • the air gap is a possible means of mechanically decoupling the ultrasonic membrane from the panel section or the molded part. Since the ultrasonic membrane is also mechanically decoupled from the housing of the ultrasonic sensor, there is therefore no mechanical or acoustic coupling between the ultrasonic membrane and the molded part to which the housing of the ultrasonic sensor is attached. Accordingly, the structural vibration is hardly excited to the molding. Accordingly, damping elements on the molded part, such as attached damping material, bores provided for damping and the like are advantageously unnecessary.
  • the air gap can preferably be made thin, particularly preferably thinner than 1 mm, and particularly preferably 0.1 mm thin or even thinner. In this case, the advantageous effect of amplifying the echo signal amplitude can be achieved particularly well by the acoustic metamaterial.
  • a protective device which is arranged in a fixed position together with the ultrasonic sensor arrangement and which is set up to shield the ultrasonic sensor arrangement from external influences.
  • This embodiment has the advantage that the ultrasonic sensor arrangement is protected from external influences, in particular weather influences such as rain, radiation or dust. This is advantageous in particular for the proper functioning of the acoustic metamaterial, since the advantageous properties of the acoustic metamaterial can be lost if, for example, dirt clogs the acoustic metamaterial.
  • the protective device is designed in such a way that ultrasonic signals are not impaired by it, at least in a predetermined solid angle range.
  • the protective device can enclose the ultrasonic sensor arrangement at least in sections.
  • the protective device is designed as a housing, with this being designed in such a way that sound propagation from the ultrasonic sensor in the spatial area to be measured or to the ultrasonic sensor from the spatial area to be measured is essentially unaffected.
  • the molded part in which the acoustic metamaterial is formed can also form the protective device.
  • the protective device can comprise a separate component or element which is arranged in a stationary manner at a distance from the ultrasonic sensor arrangement.
  • control device is also set up to determine an object in the vicinity of the ultrasonic sensor arrangement on the basis of an ultrasonic signal received from the ultrasonic sensor arrangement.
  • the ultrasonic signal received by the ultrasonic sensor arrangement can be a reflection signal, ie it can be an ultrasonic signal originally sent by the ultrasonic sensor arrangement and reflected on the object.
  • the received ultrasonic signal can also be a reflected ultrasonic signal that was originally not emitted by the ultrasonic sensor arrangement itself, but by another ultrasonic sensor arrangement of the parking assistance system.
  • it can be an ultrasonic signal emitted by a vehicle, more precisely by an ultrasonic sensor arrangement arranged on a vehicle.
  • the object is, for example, a vehicle, a cyclist or a pedestrian.
  • the object can be determined, for example, on the basis of a transit time and/or an amplitude and/or a signal characteristic of a received reflection signal.
  • an object classification is carried out depending on the received ultrasonic signal.
  • a reflection signal its signal characteristics depend, for example, on a shape and/or a material of the reflecting surface, which can be used for a corresponding classification.
  • control device is also set up to determine a movement state of the determined object based on a Doppler frequency shift of the received ultrasonic reflection signal and/or based on at least two ultrasonic signals received at different times.
  • the state of movement includes in particular the information as to whether the object is moving towards or away from the ultrasonic sensor arrangement.
  • the frequency of the reflected ultrasonic signal will be greater than that of the ultrasonic signal originally emitted. If the object moves away from the ultrasonic sensor arrangement, then the frequency of the reflected ultrasonic signal will be lower than that of the originally transmitted ultrasonic signal. If the propagation time of the reflected ultrasonic signal changes between two ultrasonic signals emitted at different points in time, the state of motion of the object can also be inferred from here.
  • the parking assistance system comprises a plurality of ultrasonic sensor arrangements which are stationarily arranged in a predetermined spatial arrangement, the control device for determining a position and/or an orientation and/or a shape of an object arranged in the vicinity of the ultrasonic sensor arrangements depending on at least two ultrasonic signals received from different ultrasonic sensor arrangements of the plurality and the predetermined spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrangements.
  • the control device is advantageously set up to activate all ultrasonic sensor arrangements of the parking assistance system.
  • the predetermined spatial arrangement of the multiple ultrasonic sensor arrays includes, for example, information about a respective distance and a direction between two ultrasonic sensor arrays.
  • the predetermined spatial arrangement is given by respective coordinates of the ultrasonic sensor arrays.
  • the coordinates preferably include two or three position coordinates and, in addition, several directional coordinates.
  • the directional coordinates are used to specify the spatial area into which a respective ultrasonic sensor arrangement sends an ultrasonic signal and the spatial area from which the respective ultrasonic sensor arrangement receives an ultrasonic signal.
  • the directional coordinates can be given, for example, in the form of spherical coordinates, which can also include area details, for example in the form of intervals.
  • a position, an alignment and/or a shape of the object can be determined from the at least two received ultrasonic signals by means of multilateration. The more signals are received, the more precisely the determination can be made.
  • the multiple ultrasonic sensor arrays are controlled by the control device in particular in such a way that they do not all emit an ultrasonic signal at the same time, but rather only a subgroup of the multiple ultrasonic sensor arrays at a given point in time.
  • the subgroups are selected in such a way that under normal circumstances it is not to be expected that a specific subgroup will Summarized ultrasonic sensor arrays received a reflection signal due to the spatial arrangement of another ultrasonic sensor array of the subgroup.
  • ultrasonic sensor arrays that emit in different spatial angles and/or between which a wall or the like is arranged can form a subgroup.
  • those ultrasonic sensor arrangements that are not contained in the subgroup emitting ultrasonic signals at a specific point in time are spatially arranged in such a way that it can be expected that they will receive a reflection signal of the emitted ultrasonic signals.
  • An information density relating to the object can thus be increased, which enables the position, orientation and/or shape to be determined even more precisely.
  • ultrasonic sensor arrangements are assigned a specific frequency with which they emit the ultrasonic signal. On the basis of the frequency of a received ultrasonic signal, conclusions can then be drawn about the ultrasonic sensor arrangement that originally transmitted the ultrasonic signal.
  • control device is also set up to determine a trajectory of the object on the basis of the position and/or orientation of the object determined at different points in time.
  • the trajectory can also be referred to as a movement profile.
  • the object can be tracked within a building, for example. This means that it can be determined when the object leaves a first area and enters a second area.
  • seamless tracking that is to say there are no "blind areas" in which there is no ultrasonic sensor arrangement, can have advantages for the function of the parking assistance system. For example, this can be used for intelligent traffic flow control.
  • the control device is also set up to actuate the ultrasonic sensor arrangement to emit a coded ultrasonic signal that includes coded information, and is set up to determine coded information contained in a received ultrasonic signal.
  • the ultrasonic sensor arrangement can be used for communication with other ultrasonic sensor arrangements, in particular for data transmission. Because of the advantageously high signal-to-noise ratio of the ultrasonic sensor arrangement designed as proposed, the communication can be carried out more stably and less susceptible to interference than with conventional ultrasonic sensors.
  • the information is encoded in particular by means of a modulation method, which means that the encoded ultrasonic signal is a correspondingly modulated ultrasonic signal.
  • a modulation method which means that the encoded ultrasonic signal is a correspondingly modulated ultrasonic signal.
  • games are frequency modulation, amplitude modulation or pulse code modulation.
  • the parking assistance system is also set up to receive an ultrasonic signal emitted by an ultrasonic sensor arrangement of a vehicle, and the control device is set up to, in response to the received ultrasonic signal, cause the ultrasonic sensor arrangement to emit a to drive another ultrasonic signal with predetermined properties depending on the received ultrasonic signal.
  • the predetermined properties of the ultrasound signal to be transmitted include a transmission time to be determined relative to a reception time of the received ultrasound signal. This means that the ultrasonic signal is transmitted after a predetermined period of time has elapsed after the ultrasonic signal was received.
  • the ultrasonic signal with predetermined properties can also be an encoded ultrasonic signal that includes encoded information.
  • the information includes, for example, a position of the ultrasonic sensor arrangement, for example in the form of GPS coordinates.
  • the information is coded in particular by means of a modulation method, i.e. that the coded ultrasonic signal is a correspondingly modulated ultrasonic signal. Examples are frequency modulation, amplitude modulation or pulse code modulation.
  • the vehicle can advantageously be assisted in localization. Due to the advantageous properties of the ultrasonic sensor arrangement designed as proposed, which enables a greater range when receiving and transmitting the ultrasonic signal, this can be done with a greater distance between the vehicle and the ultrasonic sensor arrangement than is possible with conventional ultrasonic sensors. It should be noted that the ultrasonic sensor arrangement of the vehicle can comprise a conventional ultrasonic sensor arrangement and/or an ultrasonic sensor arrangement designed as proposed.
  • a building in particular a parking garage, is proposed.
  • the building includes at least one parking area for a vehicle.
  • the building includes a parking assistance system according to the first aspect.
  • the building may include a single garage, a parking garage, an underground parking lot, an open parking area such as a parking lot, or the like.
  • the building includes structural structures, such as walls, pillars, walls or the like, which are firmly connected to the ground.
  • the parking assistance system is preferably arranged in an integrated manner in the building, for example necessary power and signal lines run in a concealed manner, in particular they are laid in a manner similar to flush-mounting.
  • the parking assistance system can also be attached to the building later, for example as part of a modernization.
  • the parking assistance system comprises a plurality of ultrasonic sensor arrangements, these are arranged in particular in a distributed manner in or on the building attached to different building structures and set up to measure different areas of space.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a parking assistance system according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic top view of a molded part with a screen section made of an acoustic metamaterial according to exemplary embodiments
  • FIG. 6 shows a plot of a measured echo signal with the ultrasonic sensor from FIG. 5 when covered by the diaphragm section of the molded part from FIG. 4; 7 shows a plot of an angle-dependent transmission directional characteristic of an ultrasonic sensor covered with a metamaterial and of an uncovered ultrasonic sensor;
  • FIG. 8 shows a schematic view of a parking assistance system according to a fourth exemplary embodiment
  • 9 shows a schematic view of a parking assistance system according to a fifth exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic view of a parking assistance system according to a sixth exemplary embodiment.
  • FIG. 11 shows a schematic view of a parking assistance system according to a seventh exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a first exemplary embodiment.
  • the parking assistance system 100 is integrated in a building 300, which is embodied here as a multi-storey car park. 1 is thus also an example of a building 300 with a parking assistance system 100.
  • the parking assistance system 100 here comprises two ultrasonic sensor arrangements 1, each of which is connected to a control device 110.
  • the control device 100 is set up to control the ultrasonic sensor arrangements 1 .
  • the two ultrasonic sensor arrangements 1 serve the purpose of monitoring the occupancy of parking spaces in the multi-storey car park 300 .
  • the ultrasonic sensor arrays 1 are arranged on the ceiling above the respective parking space.
  • Each ultrasonic sensor array 1 is set up to measure an area in the environment 200 below the respective ultrasonic sensor array 1 .
  • the respective ultrasonic sensor arrangement 1 is controlled by the control device 110 to emit an ultrasonic signal 25 into the area to be measured.
  • the ultrasonic signal 25 can be reflected from objects 210 or from the floor of the parking garage, and a reflection signal 26 can be received.
  • the control device 110 can have a comparatively simple structure, since the signal processing for detecting the motor vehicle does not have to be as complex as would be the case with a conventional ultrasonic sensor.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a second exemplary embodiment.
  • the ultrasonic sensor arrangement 1 comprises an ultrasonic sensor 2 and an aperture section 3.
  • the ultrasonic sensor 1 has a housing 4 which is made of a reverberant plastic.
  • An ultrasonic membrane 5 is fitted into a decoupling ring 6 made of an acoustically soft material such as silicone.
  • a sound transducer element 7, such as a piezoelectric element, is glued to an inner surface of the ultrasonic membrane 5.
  • the assembly consisting of the piezo element 7, the ultrasonic membrane 5 and the decoupling ring 6 is fitted into an opening in the housing 4.
  • the piezoelectric element 7 is connected to a first metallic contact pin 9 via a decoupling wire 8 .
  • the decoupling wire 8 may be of excess length and thus not under tension.
  • a second metallic contact pin 10 is led out of the housing 4 to the outside.
  • a circuit board 11 is placed on the metal contact pins 9,10. Electronic components 12 for electrically controlling the piezo element 7 are mounted on the circuit board 11 .
  • the control device 110 (see Fig. 1 or 8-11) of the parking assistance system 100 (see Fig. 1 or 8-11) can thus be connected to the electronic components 12 of the ultrasonic sensor 2 via a line (not shown here) and the contact pin 10 and through Transmission of electrical signals to the ultrasonic sensor 2 can cause the components 12 to control the piezoelectric element 7 and to excite the ultrasonic membrane 5 to oscillate and accordingly emit an ultrasonic signal 25 (see FIG. 1, 10 or 11).
  • the control device 110 of the parking assistance system 100 electrical signals Signals received by the ultrasonic sensor 2, which are indicative of a vibration of the ultrasonic membrane 5 detected by the piezo element 7, and in this way a received reflection signal 26 (see FIG. 1 or 11) measure.
  • ultrasonic membrane 5 and piezo element 7 is fitted into the opening of the housing 4 by means of the decoupling ring 6 and is electrically contacted by means of the decoupling wire 8 . In this way, the ultrasonic membrane 5 is completely mechanically decoupled from the housing 4.
  • the diaphragm section 3 is arranged in front of the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 and is made of an acoustic metamaterial, in particular a broadband one, which is described in detail with reference to FIGS.
  • the aperture section 3 is provided separately from the ultrasonic sensor 2 .
  • the bezel portion 3 is provided without a coupling member for coupling the ultrasonic sensor 2 to the bezel portion 3 .
  • a thin air gap 15 can be formed between the ultrasonic membrane 5 and the panel section 3 in order to mechanically decouple the ultrasonic membrane 5 from the panel section 3 and other parts (not shown) connected to the panel section 3 (molded parts, brackets and the like) to effect. It is also possible for the ultrasonic membrane 5 to rest against the panel section 3 without contact pressure.
  • the acoustic metamaterial of the panel section 3 arranged in this way can advantageously significantly improve the signal-to-noise ratio of the measurement signal supplied by the ultrasonic sensor 2 .
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a third exemplary embodiment.
  • the ultrasonic sensor 2 and the panel section 3 of the ultrasonic sensor arrangement 1 of the third exemplary embodiment can, for example, Be ultrasonic sensor 2 and the aperture portion 3 of the second embodiment and will not be described again.
  • the diaphragm section 3 is a section which is formed in one piece with a molded part 13 and is made of the same reverberant base material as the molded part 13 .
  • the panel section 3 of the third exemplary embodiment is a section of the molded part 13 .
  • the molded part 13 can be, for example, a wall panel or a decorative panel or the like.
  • the molded part 13 can be made of sheet metal, wood, a composite material, plastic, glass, stone or the like. Since the molded part 13 is formed from a reverberant base material, structure-borne noise and/or body vibrations can occur in the molded part 13 .
  • the base material of the molded part 13 is formed into an acoustic metamaterial by structuring processing.
  • Flalters 14 are attached to an outside of the housing 4 .
  • the flaps 14 are in turn attached to the molded part 13 .
  • the flares 14 are fixed to the molding 13 in an area outside the panel portion 3 .
  • the ultrasonic sensor 2 is held by the flaps 14 in such a way that the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 is arranged parallel to the molded part 13 behind the aperture section 3 of the molded part 13 .
  • an air gap 15 that is approximately 0.1 mm thin, for example, is preferably formed between the acoustic metamaterial of the diaphragm section 3 and the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 .
  • the molded part 13, the Flalterept 14 and the housing 4 of the ultrasonic sensor 2 which are each formed from reverberant materials, mechanically coupled mitei nander.
  • the ultrasonic membrane 5 is mechanically separated from the housing 4 of the ultrasonic sensor 2 decoupled.
  • the ultrasonic membrane 2 is also mechanically decoupled from the molded part 13 by the air gap 15 . Since the panel section 3 made of the acoustic metamaterial for ultrasonic waves can also be tunneled through non-resonantly, the influence of structural vibrations of the structure made of molded part 13, flaring 14 and housing 4 on the quality of the measurement signal supplied by the ultrasonic sensor arrangement 1 is greatly reduced.
  • the ultrasonic membrane 5 bears against the diaphragm section 3 or against the acoustic metamaterial 3 (not shown). That is, according to the modification, no air gap 15 is provided.
  • the acoustic impedance of the acoustic metamaterial of the panel section 3 can be matched to the acoustic impedance of the ultrasonic membrane 5 on the side facing the ultrasonic sensor 2 .
  • no acoustic decoupling, or less good acoustic decoupling, may be achieved between the ultrasonic membrane 5 and the molded part 13 .
  • the effect of an amplification of the amplitudes of the measured echo signals brought about by the acoustic metamaterial 3 can be even stronger without the air gap 15 due to better impedance matching.
  • the signal-to-noise ratio can be improved even further.
  • damping elements such as damping materials, damping bores or the like can be provided on the shaped part 13 for better acoustic decoupling of the shaped part 13 in an area outside the panel section 3 .
  • damping elements such as damping materials, damping bores or the like can be provided on the shaped part 13 for better acoustic decoupling of the shaped part 13 in an area outside the panel section 3 .
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a molded part 13 with an aperture section 3.
  • the molded part 13 is made of a reverberant base material.
  • Various prototypes for the molded part 13 were produced from the basic materials aluminum with a thickness of 1 mm, plastic with a thickness of 3 mm and steel with a thickness of 0.9 mm. The prototypes each had an area of 10 ⁇ 10 cm 2 .
  • An acoustic metamaterial was formed in the screen section 3 of the molded part 13 by perforating the base material of the molded part 13 in the screen section 3 in a special way.
  • a regular lattice of twenty-one round through-openings 24 was formed.
  • the round through holes 24 each have a diameter of 1 mm.
  • the grid has a hole spacing (distance between each two adjacent openings 24) of 2.5 mm.
  • the diameter of the through-openings 24 and the hole spacing are each significantly smaller than the wavelength of the ultrasonic waves emitted by an ultrasonic sensor 2 (see FIG. 2 or 3), which is typically around 7 mm at room temperature.
  • the hole spacing was larger than the opening diameter.
  • the perforated panel section 3 of the prototype 13 was arranged in front of an ultrasonic membrane 5 (see FIG. 2 or 3) of an ultrasonic sensor 2 and thus in each case an ultrasonic sensor arrangement 1 (see FIG. 1-3, 8 or 11) with a concealed ultrasonic sensor 2 was formed.
  • the ultrasonic membrane 5 was arranged parallel to the panel section 3, with an air gap 15 (see FIG. 3) of 0.1 mm remaining between the panel section 3 and the ultrasonic membrane 5.
  • FIGS show a plot of a measured reflection signal 26, which can also be referred to as an echo signal, with an uncovered ultrasonic sensor
  • Fig. 6 shows a plot of a measured reflection signal 26 with the covered ultrasonic sensor arrangement 1.
  • Fig. 5 shows a plot of a measured reflection signal 26, which can also be referred to as an echo signal, with an uncovered ultrasonic sensor
  • Fig. 6 shows a plot of a measured reflection signal 26 with the covered ultrasonic sensor arrangement 1.
  • Fig. 5 shows a plot of a measured reflection signal 26, which can also be referred to as an echo signal, with an uncovered ultrasonic sensor
  • Fig. 6 shows a plot of a measured reflection signal 26 with the covered ultrasonic sensor arrangement 1.
  • FIGS. 5 and 6 scans of the measurement signal supplied by the respective ultrasonic sensor 1 are plotted; the horizontal axis in FIGS. 5 and 6 can also be interpreted as a time axis.
  • the voltage amplitude of the measurement signal is plotted in volts on the vertical axis in FIGS. 5 and 6 .
  • the reflection signal 26 is detected.
  • the figures clearly show that the amplitude of the reflection signal 26 in FIG. 6 of the ultrasonic sensor arrangement 1 covered with the acoustic metamaterial is increased by a factor of approximately 10 compared to the amplitude of the reflection signal 26 in FIG. 5 of the uncovered ultrasonic sensor 2 is, with otherwise identical test conditions. Accordingly, the signal-to-noise ratio is improved by a factor of approximately 10.
  • evaluation electronics for analyzing the received ultrasonic signal can be constructed with simpler components that have a lower sensitivity for the same detection threshold value, which is why the evaluation electronics can be designed more simply overall. Alternatively, a higher detection range can be achieved with the same evaluation electronics.
  • Fig. 7 shows a plot of an angle-dependent transmission directional characteristic of an uncovered ultrasonic sensor 2 and the covered ultrasonic sensor arrangement 1 (see Fig. 1 - 3, 8 or 11) in the same measuring arrangement that is also used for the in Fig. 5 and Fig. 6 shown measurements was used.
  • An angle is plotted in degrees relative to the surface normal of the molding 13 along the horizontal axis in FIG. 7, and a sound pressure level of the transmission signal is plotted in dB along the vertical axis in FIG.
  • the dashed curve 28 shows the transmission characteristic of the uncovered ultrasonic sensor 2
  • the solid curve 29 shows the transmission characteristic of the covered ultrasonic sensor arrangement 1.
  • the concealed ultrasonic sensor arrangement 1 with the broadband acoustic metamaterial proves to be advantageous in the entire relevant angle range of approximately ⁇ 85° to 85°.
  • the sound pressure level is consistently significantly higher than with the uncovered ultrasonic sensor 2.
  • FIG. 8 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a fourth exemplary embodiment.
  • the parking assistance system 100 comprises an ultrasonic sensor arrangement 1 arranged on a wall of a building 300, which is designed as described with reference to FIGS.
  • the parking assistance system 100 also includes a protective device 16 arranged above the ultrasonic sensor arrangement 1.
  • the protective device 16 is designed as a roof for the ultrasonic sensor arrangement 1 and provides a protected area 17 .
  • the ultrasonic sensor arrangement 1 is therefore protected from rain 18 by the roof 16 .
  • FIG. 9 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a fifth exemplary embodiment.
  • parking assistance system 100 comprises six ultrasonic sensor arrangements 101-106, which are each designed as described with reference to FIGS.
  • the ultrasonic sensor arrangements 101-106 are arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a multi-storey car park.
  • the spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrangements 101 - 106 is predetermined, which means that, for example, the distances between the ultrasonic sensor arrangements 101 - 106 are known.
  • a lane on which a vehicle 210 is currently located and is moving at a specific speed V runs in the area in front of the wall. The vehicle is initially at a first position A.
  • vehicle 210 is detected by ultrasonic sensor arrangements 101 , 102 and 104 , for example.
  • the ultrasonic sensor arrangement 102 detects, for example, a reflection of the ultrasonic signal 25 emitted by the ultrasonic sensor arrangement 101 (see FIG. 10).
  • the position of vehicle 210 can be inferred by considering the ultrasonic signals received by ultrasonic sensor arrangements 101 , 102 and 104 together. This is done, for example, by means of multilateration. Sensor fusion methods can also be used to evaluate the signals received from the plurality of ultrasonic sensor arrays 101-106.
  • the speed V of vehicle 210 can be determined from the time it takes vehicle 210 to move from the area in front of first ultrasonic sensor arrangement 101 to the area in front of second ultrasonic sensor arrangement 102 .
  • the speed V can also be determined on the basis of a frequency shift in the reflection signal 25 received by the ultrasonic sensor arrangement 104 .
  • the length of the vehicle 210 can be inferred from the length of time that the vehicle 210 occupies the area directly in front of the first ultrasonic sensor arrangement 101 and the speed V.
  • the trajectory TR of the vehicle 210 can also be determined by using a plurality of ultrasonic sensor arrangements 101-106 as shown in FIG.
  • the vehicle travels from position A along trajectory TR to position B, successively traveling through a respective detection range of the various ultrasonic sensor arrays 101-106.
  • control device 110 is set up to determine the state of motion, the trajectory TR, a shape and/or an alignment of vehicle 210 .
  • FIG. 10 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a sixth exemplary embodiment.
  • parking assistance system 100 includes four ultrasonic sensor arrangements 101-104, which are each designed as described with reference to FIGS. 1-4 and achieve the corresponding advantageous effects, and a control device 110, which is set up to activate ultrasonic sensor arrangements 101-104.
  • the ultrasonic sensor arrangements 101-104 are arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a garage.
  • the spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrays 101-104 is predetermined. This is illustrated in this exemplary embodiment by the coordinate system comprising an x and a y axis.
  • the first ultrasonic sensor arrangement 101 has the coordinates (x1, y1).
  • the second ultrasonic sensor arrangement 102 has the coordinates (x2, y1).
  • the third ultrasonic sensor arrangement 103 has the coordinates (x3, y2).
  • the fourth ultrasonic sensor arrangement 104 has the coordinates (x3, y3).
  • An object 210 for example a motor vehicle, is located in the environment 200 of the ultrasonic sensor arrangements 101-104.
  • the control device 110 is set up to activate the ultrasonic sensor arrangements 101 - 104 one after the other in accordance with a predetermined sequence in order to emit a respective ultrasonic signal 25 .
  • the sequence specifies, for example, that only a specific subgroup of all ultrasonic sensor arrangements 101-104 are activated at a given point in time.
  • the first and third ultrasonic sensor arrays 101, 103 form a first group and the second and fourth ultrasonic sensor arrays 102, 104 form a second group.
  • the second ultrasonic sensor arrangement 102 receives a reflection signal 25 of the ultrasonic signal 25 emitted by the first ultrasonic sensor arrangement 101 depending on the position, shape and/or alignment of the motor vehicle 210 .
  • the points P1-P4 of the motor vehicle 210 can be determined, for example.
  • the shape, the orientation and the position of the motor vehicle 210 are thus already determined with the exception of a few degrees of freedom.
  • the second and fourth ultrasonic sensor arrays 102, 104 each emit an ultra-sound signal 25, with the first and third ultrasonic sensor arrays 101, 103 only listening passively.
  • the shape, orientation, and position of motor vehicle 210 may be further restricted.
  • FIG. 11 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a seventh exemplary embodiment.
  • parking assistance system 100 includes an ultrasonic sensor arrangement 1, which is designed as described with reference to FIGS.
  • the ultrasonic sensor Order 1 is arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a garage.
  • an object 210 which in this example is a car with its own ultrasonic sensor arrangement 211 .
  • the ultrasonic sensor arrangement 211 of the car emits an ultrasonic signal 212, for example.
  • the ultrasonic sensor arrangement 1 of the parking assistance system 100 receives the ultrasonic signal 212.
  • the control device 110 determines that the received ultrasonic signal 212 is that of the car 210.
  • the control device 110 causes the ultrasonic sensor arrangement 1 to emit its own ultrasonic signal 25 after a predetermined time interval after the receipt of the ultrasonic signal 212, which can be detected by the ultrasonic sensor arrangement 211 of the vehicle.
  • the car 210 can determine a distance from the ultrasonic sensor arrangement 1 of the parking assistance system 100 on the basis of the predetermined time interval and the transit time of the ultrasonic signal 25 .
  • the ultrasonic signal 25 preferably includes coded information, such as a position of the ultrasonic sensor arrangement 1.
  • the coded information can be transmitted by the ultrasonic signal 25 using a modulation method, for example.
  • the car 210 can orientate itself using the correspondingly transmitted information.

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Abstract

The invention relates to a parking assistance system (100). The parking assistance system comprises: at least one stationary ultrasonic sensor assembly (1, 101-106), wherein the ultrasonic sensor assembly (1, 101-106) comprises an ultrasonic sensor (2) having a housing (4), an ultrasonic diaphragm (5) mechanically decoupled from the housing (4), an ultrasonic transducer element (7) for oscillation excitation and oscillation detection of the ultrasonic diaphragm (5), and a cover portion (3) situated in front of the ultrasonic diaphragm (5) and made of an acoustic metamaterial; and a control device (110) coupled to the ultrasonic sensor assembly (1, 101-106), which control device is designed to activate the ultrasonic sensor assembly (1, 101-106) in order to transmit and/or receive an ultrasonic signal (25).

Description

PARKASSISTENZSYSTEM UND GEBÄUDE PARK ASSISTANCE SYSTEM AND BUILDING
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Parkassistenzsystem und ein Gebäude mit einem sol chen Parkassistenzsystem. The present invention relates to a parking assistance system and a building with such a parking assistance system.
Es sind Parkassistenzsysteme bekannt, die für einen stationären Einsatz, beispielsweise in oder an einem Gebäude, vorgesehen sind. Derartige Parkassistenzsysteme können einen Anbieter von Parkflächen und/oder Nutzer der bereitgestellten Parkflächen in verschiedener Weise unterstützen. Beispielsweise kann eine Belegung eines Parkhauses mittels eines ent sprechenden Systems ermittelt werden und somit ein effizienter Betrieb des Parkhauses verbessert werden. Die Belegungsinformation kann auch dazu verwendet werden, einen Autofahrer gezielt zu einem freien Parkplatz zu leiten. Parking assistance systems are known which are intended for stationary use, for example in or on a building. Such parking assistance systems can support a provider of parking spaces and/or users of the parking spaces provided in various ways. For example, an occupancy of a parking garage can be determined by means of a corresponding system and thus efficient operation of the parking garage can be improved. The occupancy information can also be used to direct a motorist to a free parking space.
Autonome oder teilautonom fahrende Fahrzeuge können mit zusätzlichen Daten, die von dem stationären Parkassistenzsystem erfasst und verarbeitet werden, versorgt werden, so dass eine Orientierung der Fahrzeuge verbessert und autonome Fahrfunktionen sicherer und zugleich schneller bereitgestellt werden können. Autonomous or semi-autonomous vehicles can be supplied with additional data that is recorded and processed by the stationary parking assistance system, so that orientation of the vehicles can be improved and autonomous driving functions can be provided more safely and at the same time more quickly.
Weitere Anwendungen sind im Bereich automatisches Valet-Parken möglich. Hierbei kann ein stationäres Parkassistenzsystem die Steuerung eines fernsteuerbaren Fahrzeugs über nehmen. Das stationäre Parkassistenzsystem erfasst und überwacht dabei die von dem Fahrzeug durchgeführten Fahrmanöver mittels der ortsfest angeordneten Sensoren. Dies ist reizvoll, weil das Fahrzeug in diesem Fall keine eigene Sensorik aufweisen muss, sondern lediglich fernsteuerbar zu sein braucht. Further applications are possible in the area of automatic valet parking. Here, a stationary parking assistance system can take over the control of a remote-controlled vehicle. The stationary parking assistance system records and monitors the driving maneuvers carried out by the vehicle using the stationary sensors. This is attractive because in this case the vehicle does not have to have its own sensor system, but only needs to be remotely controllable.
Ultraschallsensoren sind in der Anwendung für Parkassistenzsysteme, ob mobil oder statio när, bekannt. Wünschenswert ist eine kurze Blindzeit des Ultraschallsensors nach Aussen den des Ultraschallsignals, ein geringes Grundrauschen und ein hohes Signal-Rausch- Verhältnis. Anders ausgedrückt sind hohe Amplituden des gemessen zurücklaufenden Echosignals und geringe Strukturschwingungen des Gehäuses und ggf. weiterer Bauele mente gewünscht. Ultrasonic sensors are used for parking assistance systems, whether mobile or stationary, known. A short blind time of the ultrasonic sensor to the outside of the ultrasonic signal, a low background noise and a high signal-to-noise ratio are desirable. In other words, high amplitudes of the measured return Echo signal and low structural vibrations of the housing and possibly other compo elements desired.
Die DE 102017209823 A1 lehrt einen Ultraschallsensor, dessen Schwingungsmembran als akustisches Metamaterial ausgebildet ist, welches innerhalb eines Frequenzbandes der Membran resonantes Verhalten aufweist. DE 102017209823 A1 teaches an ultrasonic sensor whose vibration membrane is designed as an acoustic metamaterial that exhibits resonant behavior within a frequency band of the membrane.
Die US 2017059697 A1 lehrt eine Anordnung, bei der ein Ultraschallsensor verdeckt hinter einer Innenseite eines Formteils angeordnet und dafür vorgesehen ist, Objekte auf der Au ßenseite des Formteils zu erfassen. Eine Vorspannstruktur presst den Ultraschallsensor ge gen die Innenseite des Formteils, wobei ein Koppelelement zwischen Ultraschallsensor und Innenfläche angeordnet ist. In einem Bereich außerhalb des Koppelelements ist an der In nenseite des Formteils ein Dämpfungsmaterial angebracht. US 2017059697 A1 teaches an arrangement in which an ultrasonic sensor is arranged concealed behind an inside of a molded part and is intended to detect objects on the outside of the molded part. A prestressing structure presses the ultrasonic sensor against the inside of the molded part, with a coupling element being arranged between the ultrasonic sensor and the inner surface. In an area outside of the coupling element, a damping material is attached to the inside of the molded part.
Die DE 10 2016 200 813 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition eines Fahrzeugs, bei dem eine Ultraschallbake bereitgestellt wird. Ein Ultraschallsensor ei nes Fahrzeugs sendet ein einen Sendecode umfassendes, codiertes Ultraschallsignal aus. Das codierte Ultraschallsignal wird durch die Ultraschallbake empfangen. Wenn der Sende code von der Ultraschallbake erkannt wird, erfolgt ein Aussenden eines Positionssignals durch die Ultraschallbake. Das Positionssignal wird durch den Ultraschallsensor des Fahr zeugs empfangen und es wird die Fahrzeugposition relativ zu der Position der Ultraschallba ke unter Verwendung einer Laufzeit bestimmt, die zwischen dem Aussenden des codierten Ultraschallsignals und dem Empfang des Positionssignals verstrichen ist. DE 10 2016 200 813 A1 discloses a method for determining a vehicle position of a vehicle, in which an ultrasonic beacon is provided. An ultrasonic sensor in a vehicle emits a coded ultrasonic signal that includes a transmission code. The coded ultrasonic signal is received by the ultrasonic beacon. If the transmission code is recognized by the ultrasonic beacon, a position signal is emitted by the ultrasonic beacon. The position signal is received by the vehicle's ultrasonic sensor and the vehicle's position relative to the position of the ultrasonic beacon is determined using a time elapsed between transmission of the encoded ultrasonic signal and receipt of the position signal.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein verbes sertes Parkassistenzsystem bereitzustellen. Against this background, the object of the present invention is to provide an improved parking assistance system.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben den Gedanken entwickelt, dass die Ver wendung eines breitbandigen Metamaterials zur nichtresonanten Impedanzangleichung, wie es in G. D. Aguanno et. al. "Broadband metamaterial for nonresonant matching of acoustic waves", Sei. Rep. 2, 340: D0l:10.1038/srep003401 (2012), abgerufen am 21.10.2020 unter https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3314304/7toohpmcentrez, für medizinische diagnostische Zwecke und andere mikromechanische Systeme beschrieben wird, auch im Bereich der Ultraschallmessung eines Kraftfahrzeugumfelds oder -innenraums Vorteile bie ten könnte, und sind durch weitere Überlegungen und Experimente schließlich zu der nach stehend beschriebenen Lösung gelangt. The inventors of the present application have developed the idea that using a broadband metamaterial for non-resonant impedance matching, as described in GD Aguanno et. al. "Broadband metamaterial for nonresonant matching of acoustic waves", Sci. Rep. 2, 340: D0l:10.1038/srep003401 (2012), accessed 21.10.2020 at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3314304/7toohpmcentrez, for medical diagnostic purposes and other micromechanical systems is described, could also offer advantages in the field of ultrasonic measurement of a motor vehicle environment or interior, and through further considerations and experiments finally arrived at the solution described below.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Parkassistenzsystem mit mindestens einer ortsfest angeordneten Ultraschallsensoranordnung und mit einer Steuervorrichtung vorgeschlagen. Die Ultraschallsensoranordnung umfasst einen Ultraschallsensor mit einem Gehäuse, eine von dem Gehäuse mechanisch entkoppelte Ultraschallmembran und ein Schallwandlerele ment zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran sowie einen vor der Ultraschallmembran angeordneten Blendenabschnitt aus einem akustischen Metamaterial. Die Steuervorrichtung ist mit der Ultraschallsensoranordnung gekoppelt und ist dazu eingerichtet, die Ultraschallsensoranordnung zum Aussenden und/oder zum Empfan gen eines Ultraschall-Signals anzusteuern. According to a first aspect, a parking assistance system is proposed with at least one stationary ultrasonic sensor arrangement and with a control device. The ultrasonic sensor arrangement comprises an ultrasonic sensor with a housing, an ultrasonic membrane mechanically decoupled from the housing and a sound transducer element for exciting and detecting vibrations of the ultrasonic membrane, and a diaphragm section made of an acoustic metamaterial arranged in front of the ultrasonic membrane. The control device is coupled to the ultrasonic sensor arrangement and is set up to actuate the ultrasonic sensor arrangement to transmit and/or to receive an ultrasonic signal.
Dieses Parkassistenzsystem weist den Vorteil auf, dass es aufgrund der Verwendung der wie beschrieben ausgestalteten Ultraschallsensoranordnung, die ein besonders hohes Sig- nal-Rausch-Verhältnis aufweist, einfacher ausgebildet werden kann als herkömmliche Par kassistenzsysteme mit Ultraschallsensoren. Insbesondere können weniger Ultraschallsenso ranordnungen für eine vorgegebene Fläche benötigt werden, oder aber die Elektronik zum Ansteuern und/oder Auslesen der Ultraschallsensoranordnung, beispielsweise die Steuervor richtung, kann weniger aufwändig ausgestaltet sein, da die Anforderungen an die Signalver arbeitung geringer sind. Die Erfinder haben auf experimentellem Wege den überraschenden Effekt ermittelt, dass sich durch das vor der Ultraschallmembran angeordnete akustische Metamaterial die Amplitude des gemessenen Signals, das der reflektierten Ultraschallwelle entspricht, gegenüber einem unverdeckt angeordneten Ultraschallsensor nicht nur nicht ver ringert, sondern deutlich erhöht. Somit kann der Signal-Rausch-Abstand wesentlich verbes sert werden. Das Parkassistenzsystem kann auch als stationäres Parkassistenzsystem bezeichnet wer den. Das Parkassistenzsystem ist beispielsweise in einem Gebäude integriert. Darunter, dass die Ultraschallsensoranordnung "ortsfest" angeordnet ist, wird insbesondere verstan den, dass diese an einer feststehenden Struktur, beispielsweise einer mit dem Erdboden verankerten baulichen Struktur, angeordnet ist. This parking assistance system has the advantage that it can be made simpler than conventional parking assistance systems with ultrasonic sensors due to the use of the ultrasonic sensor arrangement configured as described, which has a particularly high signal-to-noise ratio. In particular, fewer ultrasonic sensor arrangements can be required for a given area, or the electronics for controlling and/or reading out the ultrasonic sensor arrangement, for example the control device, can be made less complex since the requirements for signal processing are lower. The inventors have experimentally determined the surprising effect that the acoustic metamaterial arranged in front of the ultrasonic membrane not only does not reduce the amplitude of the measured signal, which corresponds to the reflected ultrasonic wave, compared to an ultrasonic sensor arranged uncovered, but significantly increases it. Thus, the signal-to-noise ratio can be significantly improved. The parking assistance system can also be referred to as a stationary parking assistance system. The parking assistance system is integrated in a building, for example. The fact that the ultrasonic sensor arrangement is arranged “stationarily” means in particular that it is arranged on a fixed structure, for example a structural structure anchored to the ground.
Die Steuervorrichtung kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die Steuervorrichtung zum Bei spiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Steuervorrichtung als Computerprogrammprodukt, als eine Funk tion, als eine Routine, als ein Algorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführ bares Objekt ausgebildet sein. Ferner kann die Steuervorrichtung auch als Teil eines über geordneten Systems, wie einem Gebäudesteuerungssystem und/oder einem Überwa chungssystem, ausgebildet sein. The control device can be implemented in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware implementation, the control device can be designed as a computer or as a microprocessor, for example. In the case of a software implementation, the control device can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as an algorithm, as part of a program code or as an executable object. Furthermore, the control device can also be designed as part of a higher-level system, such as a building control system and/or a monitoring system.
Die beschriebene Ultraschallsensoranordnung hat weiterhin den Vorteil, dass der Blenden abschnitt den Ultraschallsensor optisch und mechanisch verdecken und dadurch beispiels weise vor Blicken und vor der Einwirkung von Stößen und dergleichen schützen kann. The ultrasonic sensor arrangement described also has the advantage that the panel section can cover the ultrasonic sensor optically and mechanically and thus protect it from being looked at and from the effects of impacts and the like, for example.
Der Blendenabschnitt ist insbesondere derart vor der Ultraschallmembran angeordnet, dass er die Ultraschallmembran verdeckt. Unter "verdeckt" ist zu verstehen, dass von der Ultra schallmembran in einen zu messenden Raumbereich ausgesendete Ultraschallwellen und von dort zurück zur Ultraschallmembran reflektierte Ultraschallwellen jeweils durch den Blendenabschnitt hindurchtreten. Unter "unverdeckt" ist zu verstehen, dass Ultraschallwellen ungehindert in den zu messenden Raumbereich ausgesendet und aus diesem zurück reflek tiert werden können, d. h., dass sich nur Luft zwischen Ultraschallmembran und zu messen dem Objekt in dem zu messenden Raumbereich befindet. Die Ultraschallmembran kann beispielsweise mittels eines Entkopplungsrings aus einem schallweichen Material, wie etwa Silikon, akustisch von dem Gehäuse des Ultra schallsensors entkoppelt sein. Die Ultraschallmembran kann in eine Öffnung des Gehäuses eingesetzt sein, wobei der Entkopplungsring zwischen der Ultraschallmembran und dem Ge- häuseinnenrand der Öffnung angeordnet ist. In particular, the screen section is arranged in front of the ultrasonic membrane in such a way that it covers the ultrasonic membrane. “Covered” is to be understood as meaning that ultrasonic waves emitted by the ultrasonic membrane into a spatial area to be measured and ultrasonic waves reflected from there back to the ultrasonic membrane pass through the aperture section in each case. “Uncovered” means that ultrasonic waves can be emitted unhindered into the spatial area to be measured and reflected back from it, ie there is only air between the ultrasonic membrane and the object to be measured in the spatial area to be measured. The ultrasonic membrane can be acoustically decoupled from the housing of the ultrasonic sensor, for example by means of a decoupling ring made of an acoustically soft material such as silicone. The ultrasonic membrane can be inserted into an opening in the housing, with the decoupling ring being arranged between the ultrasonic membrane and the housing inner edge of the opening.
Das Schallwandlerelement kann ein Schallwandlerelement auf mechanisch-induktiver, me chanisch-kapazitiver, mechanisch-resistiver, magnetostriktiver oder elektrostriktiver Grundla ge sein. Das Schallwandlerelement kann beispielsweise ein Piezoelement sein. Das Schall wandlerelement kann innerhalb des Gehäuses auf die Ultraschallmembran geklebt, mit die ser verschweißt oder auf andere Weise mit der Ultraschallmembran verbunden sein. Das Schallwandlerelement kann über einen losen Entkopplungsdraht mit einem nach außen ge führten elektrischen Kontakt des Ultraschallsensors verbunden sein. The sound transducer element can be a sound transducer element on a mechanical-inductive, mechanical-capacitive, mechanical-resistive, magnetostrictive or electrostrictive basis. The sound transducer element can be a piezo element, for example. The sound transducer element can be glued to the ultrasonic membrane within the housing, welded to the water or connected to the ultrasonic membrane in some other way. The sound transducer element can be connected to an external electrical contact of the ultrasonic sensor via a loose decoupling wire.
Der Blendenabschnitt kann ein Abschnitt eines größeren Formteils, wie einer Wandverklei dung oder Abdeckung, sein, das lediglich in einem Bereich, der vor der Ultraschallmembran des Ultraschallsensors angeordnet ist, den Blendenabschnitt ausbildet. Der Blendenab schnitt kann aber auch einen im Wesentlichen gesamten Bereich einer eigenständigen Blen de oder dergleichen umfassen, die zweckspezifisch zum Verdecken der Ultraschallmembran vor dieser bereitgestellt ist. The screen section can be a section of a larger molded part, such as a wall paneling or cover, which forms the screen section only in an area that is arranged in front of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor. However, the panel portion may also comprise a substantially entire area of a standalone panel or the like that is purpose-specifically provided to conceal the ultrasonic membrane from the latter.
Unter einem akustischen Metamaterial ist insbesondere ein Material zu verstehen, dem durch strukturierende Bearbeitung vorteilhafte akustische Eigenschaften verliehen sind, die das unbearbeitete bzw. unstrukturierte Material nicht aufweist. An acoustic metamaterial is to be understood in particular as a material which is given advantageous acoustic properties by structuring processing, which the unprocessed or unstructured material does not have.
Das akustische Metamaterial kann insbesondere ein Metamaterial sein, das gemäß den in der eingangs zitierten Veröffentlichung von D'Aquanno et al. beschriebenen Grundsätzen ausgestaltet ist, auf die ausdrücklich verwiesen wird. Darunter, dass die Steuervorrichtung zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnung zum Aussenden eines Ultraschall-Signals eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Steuervorrichtung ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Frequenz an die Ultra schallsensoranordnung ausgibt oder diese mit dem elektrischen Signal beaufschlagt, wodurch das Schallwandlerelement zum Schwingen und damit die Ultraschallmembran zum Aussenden des Ultraschall-Signals angeregt werden. Die Frequenz, mit der das Ultraschall- Signal erzeugt wird, kann hierbei variabel und einstellbar sein. The acoustic meta-material can in particular be a meta-material which, according to the publication by D'Aquanno et al. the principles described, to which express reference is made. The fact that the control device is set up to activate the ultrasonic sensor arrangement to emit an ultrasonic signal is understood to mean in particular that the control device emits an electrical signal with a predetermined frequency to the ultrasonic sensor arrangement or applies the electrical signal to it, causing the sound transducer element to oscillate and thus the ultrasonic membrane is stimulated to emit the ultrasonic signal. The frequency with which the ultrasonic signal is generated can be variable and adjustable.
Darunter, dass die Steuervorrichtung zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnung zum Empfangen eines Ultraschall-Signals eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Steuervorrichtung zum Erfassen eines elektrischen Signals, das durch eine Schwingung des Schallwandlerelements an diesem abgreifbar ist, eingerichtet ist. Beim Empfangen des Ultraschall-Signals ist ein Signalweg somit umgekehrt: Die Ultraschallmembran wird von ei ner eintreffenden Ultraschallwelle in Schwingung versetzt, welche sich auf das Schallwand lerelement überträgt und dort als ein elektrisches Signal mit der entsprechenden Frequenz erfassbar ist. The fact that the control device is set up to activate the ultrasonic sensor arrangement to receive an ultrasonic signal is understood to mean in particular that the control device is set up to detect an electrical signal that can be picked up by a vibration of the sound transducer element thereon. When receiving the ultrasonic signal, a signal path is reversed: the ultrasonic membrane is set in motion by an incoming ultrasonic wave, which is transmitted to the baffle element and can be detected there as an electrical signal with the corresponding frequency.
Gemäß einer Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist das akustische Metamaterial ein breitbandiges akustisches Metamaterial, das von Ultraschallwellen mindestens in einem Einfallswinkelbereich nichtresonant durchtunnelbar ist. According to one embodiment of the parking assistance system, the acoustic meta-material is a broadband acoustic meta-material through which ultrasonic waves can be tunneled non-resonantly at least in an angle of incidence range.
Unter "breitbandig" ist insbesondere zu verstehen, dass das akustische Metamaterial nicht nur für Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz, sondern für Ultraschallwellen in einem breiten Frequenzband von beispielsweise 40 bis 60 kHz, vorzugsweise von 16 bis 100 kHz, gleichmäßig gut durchlässig ist. “Broadband” means in particular that the acoustic metamaterial is uniformly well permeable not only for ultrasonic waves with a specific frequency, but also for ultrasonic waves in a broad frequency band of, for example, 40 to 60 kHz, preferably 16 to 100 kHz.
Unter "nichtresonant durchtunnelbar" ist insbesondere zu verstehen, dass eine auf das akus tische Metamaterial eintreffende Ultraschallwelle in dem Medium, wie etwa Luft, aus dem sie eintrifft, und in dem akustischen Metamaterial eine gleiche akustische Impedanz "fühlt", so dass unabhängig von der Frequenz der Ultraschallwelle und unabhängig von der Dicke des akustischen Metamaterials sowohl an der Eintrittsfläche als auch an der Austrittsfläche im Wesentlichen keine Reflexionen auftreten. By "non-resonantly tunnelable" is meant, in particular, that an ultrasonic wave incident on the acoustic metamaterial "feels" an equal acoustic impedance in the medium, such as air, from which it arrives, and in the acoustic metamaterial, such that regardless of the Frequency of the ultrasonic wave and independent of the thickness of the acoustic metamaterial, essentially no reflections occur either at the entry surface or at the exit surface.
Unter "nichtresonant" ist insbesondere zu verstehen, dass sich beim Durchtunneln des akus tischen Metamaterials keine resonanten Druckbäuche innerhalb des Metamaterials ausbil den. Eine derartige nichtresonante Durchtunnelbarkeit korrespondiert mit der Breitbandigkeit des akustischen Metamaterials. “Non-resonant” is to be understood in particular as meaning that no resonant pressure antinodes form within the metamaterial when tunneling through the acoustic metamaterial. Such a non-resonant tunnelability corresponds to the broadband nature of the acoustic metamaterial.
Die nichtresonante Durchtunnelbarkeit ist vorzugsweise wenigstens in einem Ultraschallwel- len-Einfallswinkelbereich gegeben, der eine im Wesentlichen senkrechte Einfallsrichtung auf eine Oberfläche des Blendenabschnitts aus dem akustischen Metamaterial umfasst. Prak tisch sind Winkelbereiche zwischen 0° und 30° bis 85° gegen die Flächennormale erzielbar. The non-resonant tunneling capability is preferably present at least in an ultrasonic wave angle of incidence range that includes a substantially perpendicular direction of incidence onto a surface of the diaphragm section made of the acoustic metamaterial. In practical terms, angular ranges between 0° and 30° to 85° against the surface normal can be achieved.
Anders ausgedrückt kann eine akustische Impedanz auf einer Seite des Blendenabschnitts aus dem akustischen Metamaterial an eine akustische Impedanz der Luft in dem zu mes senden Raumbereich angeglichen sein, und eine akustische Impedanz auf einer anderen Seite des Blendenabschnitts kann ebenfalls an die akustische Impedanz von Luft oder auch an die akustische Impedanz der auf der anderen Seite angeordneten Ultraschallmembran des Ultraschallsensors angeglichen sein. In other words, an acoustic impedance on one side of the acoustic metamaterial baffle section can be matched to an acoustic impedance of the air in the space to be measured, and an acoustic impedance on another side of the baffle section can also be matched to the acoustic impedance of air or both be matched to the acoustic impedance of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor arranged on the other side.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist das akustische Me tamaterial aus einem schallharten Grundmaterial ausgebildet, in dem ein Gitter aus mehre ren Durchgangsöffnungen ausgebildet ist. According to a further embodiment of the parking assistance system, the acoustic metal is formed from a reverberant base material in which a grid of several ren passage openings is formed.
Unter "schallhart" ist insbesondere ein Grundmaterial zu verstehen, das in unbearbeitetem Zustand einen hohen Schallwiderstand aufweist und bei dem es in unbearbeitetem Zustand zu Reflexionen kommt, wenn Schallwellen auf es auftreffen. Beispiele für ein schallhartes Grundmaterial sind etwa ein Metallblech, eine Kunststoffplatte, eine Verbundmaterial-Platte, eine Faserplatte, eine Holzplatte und dergleichen. Bei den mehreren Durchgangsöffnungen kann es sich insbesondere um Öffnungen mit run dem Querschnitt handeln, die von einer Seite des Blendenabschnitts zu der gegenüberlie genden Seite des Blendenabschnitts reichen. "Resonant" is to be understood in particular as meaning a base material which, in the unprocessed state, has a high acoustic resistance and which, in the unprocessed state, reflects when sound waves impinge on it. Examples of a rigid base material include a metal sheet, a plastic plate, a composite material plate, a fiber board, a wooden board, and the like. The plurality of through openings can in particular be openings with a round cross section, which extend from one side of the screen section to the opposite side of the screen section.
Gegenüber anderen möglichen Ausgestaltungen eines akustischen Metamaterials zeichnet sich eine Ausgestaltung mit einem Gitter aus mehreren runden Durchgangsöffnungen vor teilhaft durch besonders günstige Transmissionseigenschaften aus. Compared to other possible configurations of an acoustic metamaterial, a configuration with a lattice made up of a plurality of round through-openings is characterized by particularly favorable transmission properties.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist ein Durchmesser ei ner jeweiligen Durchgangsöffnung kleiner als eine Wellenlänge der von der Ultraschall membran auszusendenden und zu empfangenden Ultraschallwellen. According to a further embodiment of the parking assistance system, a diameter of a respective passage opening is smaller than a wavelength of the ultrasonic waves to be emitted and received by the ultrasonic membrane.
Die Frequenz der auszusendenden und zu empfangenden Ultraschallwellen, d. h. die Eigen frequenz der Ultraschallmembran, liegt beispielsweise zwischen 16 und 100 kHz, vorzugs weise zwischen 40 und 60 kHz und besonders bevorzugt bei 50 kHz. Demgemäß ergibt sich bei einer Temperatur von 20 °C eine Wellenlänge der von der Ultraschallmembran auszu sendenden und zu empfangen Ultraschallwellen zwischen 21 und 3 mm, vorzugsweise zwi schen 9 und 6 und besonders bevorzugt von 7 mm. Bei anderen Temperaturen ergeben sich andere Wellenlängen. Der Durchmesser der jeweiligen Öffnungen wird ganz besonders be vorzugt zu einem Wert gewählt, der um einen, vorzugsweise ganzzahligen, Faktor von 2 o- der mehr kleiner ist als die entsprechende bei 20 °C zu erwartende Wellenlänge, beispiels weise zu 1 mm. The frequency of the ultrasonic waves to be transmitted and received, i. H. the natural frequency of the ultrasonic membrane is, for example, between 16 and 100 kHz, preferably between 40 and 60 kHz and particularly preferably 50 kHz. Accordingly, at a temperature of 20° C., the wavelength of the ultrasonic waves to be sent and received by the ultrasonic membrane is between 21 and 3 mm, preferably between 9 and 6 and particularly preferably 7 mm. Different temperatures result in different wavelengths. The diameter of the respective openings is very particularly preferably chosen to be a value which is smaller by a factor of 2 or more, preferably an integer, than the corresponding wavelength to be expected at 20° C., for example 1 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist ein Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen des Gitters größer als der Durchmesser der Öffnungen und kleiner als die Wellenlänge der von der Ultraschallmembran auszusendenden und zu emp fangenden Ultraschallwellen. According to a further embodiment of the parking assistance system, a distance between two adjacent openings in the grid is larger than the diameter of the openings and smaller than the wavelength of the ultrasonic waves to be emitted and received by the ultrasonic membrane.
Beispielsweise kann der Lochabstand zwischen 2 und 4 mm und besonders bevorzugt zu 2.5 mm gewählt werden. Die Erfinder waren in der Lage, mit einem dergestalt ausgebildeten akustischen Metamateri al, das einen plattenförmigen Blendenabschnitt aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff mit einem Lochgitter mit einem Lochabstand von 2.5 mm und einem Lochdurchmesser von 1 mm umfasste, eine Steigerung der Empfangssignalamplitude, und eine entsprechende Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands, je nach Abstand zwischen Ultraschallmembran und Blendenabschnitt - um einen Faktor von 1 ,5 bis 10 gegenüber einer nicht verdeckten Anordnung des Ultraschallsensors zu erzielen. For example, the hole spacing can be chosen between 2 and 4 mm and particularly preferably 2.5 mm. The inventors were able to increase the received signal amplitude with an acoustic metamaterial designed in this way, which included a plate-shaped panel section made of steel, aluminum or plastic with a perforated grid with a hole spacing of 2.5 mm and a hole diameter of 1 mm, and a corresponding Improvement of the signal-to-noise ratio, depending on the distance between the ultrasonic membrane and the diaphragm section - by a factor of 1.5 to 10 compared to an uncovered arrangement of the ultrasonic sensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems umfasst die vorgeschla gene Ultraschallsensoranordnung ferner ein Formteil, an dem der Ultraschallsensor derart angebracht ist, dass die Ultraschallmembran dem Formteil zugewandt ist, und das Formteil umfasst in einem Abschnitt vor der Ultraschallmembran den Blendenabschnitt aus dem akustischen Metamaterial. According to a further embodiment of the parking assistance system, the proposed ultrasonic sensor arrangement further comprises a molded part, to which the ultrasonic sensor is attached in such a way that the ultrasonic membrane faces the molded part, and the molded part comprises the diaphragm section made of the acoustic metamaterial in a section in front of the ultrasonic membrane.
Das Formteil kann insbesondere aus dem Grundmaterial ausgebildet sein, aus dem auch das akustische Metamaterial ausgebildet ist, beispielsweise aus Metallblech oder Kunststoff. Insbesondere kann das Formteil einstückig mit dem Blendenabschnitt ausgebildet sein. Der Blendenabschnitt kann beispielsweise durch Perforieren des Formteils nachträglich in dem Formteil ausgebildet sein. The molded part can in particular be formed from the base material from which the acoustic metamaterial is also formed, for example from sheet metal or plastic. In particular, the molded part can be formed in one piece with the panel section. The panel section can be formed subsequently in the molded part, for example by perforating the molded part.
Das Formteil kann ein Verkleidungsteil sein, das eine ästhetische optische Erscheinung be wirkt, an dem vorschlagsgemäß zusätzlich der Ultraschallsensor angebracht ist, und an dem in einem Bereich vor der Ultraschallmembran des Ultraschallsensors durch Strukturierung ein Blendenabschnitt aus einem akustischen Metamaterial ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Sensor hinter dem Formteil verdeckt sein und dennoch den Raumbereich auf der anderen Seite des Formteils mit hoher Echosignalamplitude messen. The molded part can be a trim part that creates an aesthetic visual appearance, to which the ultrasonic sensor is additionally attached according to the proposal, and to which a diaphragm section made of an acoustic metamaterial is formed by structuring in an area in front of the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor. In this way, the sensor can be hidden behind the molded part and still measure the spatial area on the other side of the molded part with a high echo signal amplitude.
Alternativ dazu kann das Formteil zweckspezifisch zur Anbringung des Ultraschallsensors daran und zur Ausbildung des Blendenabschnitts vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor, der unverdeckt in herkömmlicher Weise verwendet werden könnte, mit einer Blende versehen werden, die nur unwesentlich größer als der Ultraschallsensor zu sein braucht und deren Zweck es ist, die Vorteile des Blendenabschnitts aus dem akustischen Metamaterial für die Ultraschallsensoranordnung nutzbar zu machen. Alternatively, the molding may be dedicated for attaching the ultrasonic sensor thereto and forming the aperture portion. For example, the ultrasonic sensor, which could be used unobscured in a conventional manner, can be provided with an aperture which need only be slightly larger than the ultrasonic sensor and the purpose of which is to take advantage of the acoustic metamaterial aperture portion for the ultrasonic sensor array.
Gemäß einer Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist der Ultraschallsensor dadurch an dem Formteil angebracht, dass eine Außenwand des Gehäuses des Ultraschallsensors mit einer Halterung verbunden ist und die Halterung in einem Bereich außerhalb des Blen denabschnitts an dem Formteil befestigt ist, wobei die Oberfläche der Ultraschallmembran parallel zu dem Formteil hinter dem Blendenabschnitt des Formteils angeordnet ist. According to one embodiment of the parking assistance system, the ultrasonic sensor is attached to the molded part in that an outer wall of the housing of the ultrasonic sensor is connected to a bracket and the bracket is attached to the molded part in an area outside the panel section, with the surface of the ultrasonic membrane being parallel to the Molding is arranged behind the panel portion of the molding.
Auf diese Weise kann vorteilhafterweise das Gehäuse stabil an dem Formteil angebracht sein, wohingegen die von dem Gehäuse mechanisch entkoppelte Sensormembran nicht an dem Formteil angebracht bzw. von dem Formteil mechanisch entkoppelt ist. In this way, the housing can advantageously be stably attached to the molded part, whereas the sensor membrane mechanically decoupled from the housing is not attached to the molded part or mechanically decoupled from the molded part.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems liegt die Ultraschall membran an dem Blendenabschnitt an. According to a further embodiment of the parking assistance system, the ultrasonic membrane lies against the panel section.
Insbesondere kann die Ultraschallmembran ohne Anpressdruck und/oder ohne an dem Blendenabschnitt fixiert zu sein an dem Blendenabschnitt anliegen. In particular, the ultrasonic membrane can bear against the diaphragm section without contact pressure and/or without being fixed to the diaphragm section.
Insbesondere kann hierbei die akustische Impedanz der der Ultraschallmembran zugewand ten Seite des akustischen Metamaterials an die akustische Impedanz der Ultraschallmemb ran angeglichen sein. In particular, the acoustic impedance of the side of the acoustic metamaterial facing the ultrasound membrane can be matched to the acoustic impedance of the ultrasound membrane.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der festgestellte Effekt einer drastischen Erhö hung der Echosignalamplitude vorteilhaft erzielt werden. Zusätzlich können außerhalb des Blendenabschnitts Dämpfungselemente, wie Bohrungen oder Dämpfungsmaterial, an dem Formteil vorgesehen sein. Auf diese Weise kann dem Ent stehen von Körperschall im Formteil zusätzlich entgegengewirkt werden. In the present embodiment, the noted effect of drastically increasing the echo signal amplitude can be advantageously obtained. In addition, damping elements, such as bores or damping material, can be provided on the molded part outside of the panel section. In this way, the development of structure-borne noise in the molded part can also be counteracted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems sind die Ultraschall membran und der Blendenabschnitt mechanisch voneinander entkoppelt. According to a further embodiment of the parking assistance system, the ultrasonic membrane and the diaphragm section are mechanically decoupled from one another.
Beispielsweise ist zwischen der Ultraschallmembran und dem Blendenabschnitt ein Luftspalt ausgebildet. Der Luftspalt ist ein mögliches Mittel zum mechanischen Entkoppeln der Ultra schallmembran von dem Blendenabschnitt bzw. dem Formteil. Da die Ultraschallmembran auch von dem Gehäuse des Ultraschallsensors mechanisch entkoppelt ist, ist mithin keine mechanische bzw. akustische Kopplung zwischen der Ultraschallmembran und dem Formteil vorgesehen, an dem das Gehäuse des Ultraschallsensors angebracht ist. Demgemäß wird das Formteil kaum zu Strukturschwingungen angeregt. Demgemäß sind Dämpfungselemen te an dem Formteil, wie angebrachtes Dämpfungsmaterial, zur Dämpfung vorgesehene Boh rungen und dergleichen vorteilhafterweise entbehrlich. For example, an air gap is formed between the ultrasonic membrane and the diaphragm section. The air gap is a possible means of mechanically decoupling the ultrasonic membrane from the panel section or the molded part. Since the ultrasonic membrane is also mechanically decoupled from the housing of the ultrasonic sensor, there is therefore no mechanical or acoustic coupling between the ultrasonic membrane and the molded part to which the housing of the ultrasonic sensor is attached. Accordingly, the structural vibration is hardly excited to the molding. Accordingly, damping elements on the molded part, such as attached damping material, bores provided for damping and the like are advantageously unnecessary.
Aufgrund der guten Transmissionseigenschaften des vorgeschlagenen akustischen Metama terials ist es nicht erforderlich, die Ultraschallmembran mit dem Blendenabschnitt mecha nisch zu koppeln. Der Luftspalt kann vorzugsweise dünn, besonders bevorzugt dünner als 1 mm, und besonders bevorzugt 0,1 mm dünn oder noch dünner ausgestaltet werden. In diesem Fall kann der vorteilhafte Effekt einer Verstärkung der Echosignalamplitude durch das akustische Metamaterial besonders gut erzielt werden. Due to the good transmission properties of the proposed acoustic Metama material, it is not necessary to mechanically couple the ultrasonic membrane to the aperture section. The air gap can preferably be made thin, particularly preferably thinner than 1 mm, and particularly preferably 0.1 mm thin or even thinner. In this case, the advantageous effect of amplifying the echo signal amplitude can be achieved particularly well by the acoustic metamaterial.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist eine Schutzvorrich tung vorgesehen, die gemeinsam mit der Ultraschallsensoranordnung ortsfest angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoranordnung von externen Einflüssen abzu schirmen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Ultraschallsensoranordnung vor ex ternen Einflüssen, insbesondere Witterungseinflüssen, wie Regen, Strahlung oder Staub, geschützt ist. Insbesondere für die ordnungsgemäße Funktion des akustischen Metamateri als ist dies vorteilhaft, da die vorteilhaften Eigenschaften des akustischen Metamaterials ver loren gehen können, wenn beispielsweise Schmutz das akustische Metamaterial zusetzt. Die Schutzvorrichtung ist derart ausgebildet, dass Ultraschall-Signale zumindest in einem vorbe stimmten Raumwinkelbereich durch diese nicht beeinträchtigt werden. According to a further embodiment of the parking assistance system, a protective device is provided which is arranged in a fixed position together with the ultrasonic sensor arrangement and which is set up to shield the ultrasonic sensor arrangement from external influences. This embodiment has the advantage that the ultrasonic sensor arrangement is protected from external influences, in particular weather influences such as rain, radiation or dust. This is advantageous in particular for the proper functioning of the acoustic metamaterial, since the advantageous properties of the acoustic metamaterial can be lost if, for example, dirt clogs the acoustic metamaterial. The protective device is designed in such a way that ultrasonic signals are not impaired by it, at least in a predetermined solid angle range.
Die Schutzvorrichtung kann die Ultraschallsensoranordnung zumindest abschnittsweise um schließen. Beispielsweise ist die Schutzvorrichtung als ein Gehäuse ausgebildet, wobei die ses derart gestaltet ist, dass eine Schallausbreitung von dem Ultraschallsensor in dem zu messenden Raumbereich oder zu dem Ultraschallsensor von dem zu messenden Raumbe reich im Wesentlichen nicht beeinträchtigt ist. Beispielsweise kann das Formteil, in dem das akustische Metamaterial ausgebildet ist, zugleich die Schutzvorrichtung ausbilden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzvorrichtung ein separates Bauteil oder Element umfassen, das beabstandet zu der Ultraschallsensoranordnung ortsfest angeordnet ist. The protective device can enclose the ultrasonic sensor arrangement at least in sections. For example, the protective device is designed as a housing, with this being designed in such a way that sound propagation from the ultrasonic sensor in the spatial area to be measured or to the ultrasonic sensor from the spatial area to be measured is essentially unaffected. For example, the molded part in which the acoustic metamaterial is formed can also form the protective device. As an alternative or in addition, the protective device can comprise a separate component or element which is arranged in a stationary manner at a distance from the ultrasonic sensor arrangement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist die Steuervorrichtung ferner dazu eingerichtet, auf Basis eines von der Ultraschallsensoranordnung empfangenen Ultraschall-Signals ein Objekt in der Umgebung der Ultraschallsensoranordnung zu ermitteln. According to a further specific embodiment of the parking assistance system, the control device is also set up to determine an object in the vicinity of the ultrasonic sensor arrangement on the basis of an ultrasonic signal received from the ultrasonic sensor arrangement.
Das von der Ultraschallsensoranordnung empfangene Ultraschall-Signal kann ein Reflexi onssignal sein, das heißt, es kann ein ursprünglich von der Ultraschallsensoranordnung aus gesendetes Ultraschall-Signal sein, das an dem Objekt reflektiert wurde. Es kann sich bei dem empfangenen Ultraschall-Signal auch um ein reflektiertes Ultraschall-Signal handeln, das ursprünglich nicht von der Ultraschallsensoranordnung selbst, sondern von einer weite ren Ultraschallsensoranordnung des Parkassistenzsystems ausgesendet wurde. Zudem kann es sich um ein von einem Fahrzeug, genauer von einer an einem Fahrzeug angeordne ten Ultraschallsensoranordnung, ausgesendetes Ultraschall-Signal handeln. Das Objekt ist beispielsweise ein Fahrzeug, ein Radfahrer oder ein Fußgänger. The ultrasonic signal received by the ultrasonic sensor arrangement can be a reflection signal, ie it can be an ultrasonic signal originally sent by the ultrasonic sensor arrangement and reflected on the object. The received ultrasonic signal can also be a reflected ultrasonic signal that was originally not emitted by the ultrasonic sensor arrangement itself, but by another ultrasonic sensor arrangement of the parking assistance system. In addition, it can be an ultrasonic signal emitted by a vehicle, more precisely by an ultrasonic sensor arrangement arranged on a vehicle. The object is, for example, a vehicle, a cyclist or a pedestrian.
Das Objekt kann beispielsweise auf Basis einer Laufzeit und/oder einer Amplitude und/oder einer Signalcharakteristik eines empfangenen Reflexionssignals ermittelt werden. The object can be determined, for example, on the basis of a transit time and/or an amplitude and/or a signal characteristic of a received reflection signal.
In Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass eine Objektklassifikation in Abhängigkeit des empfangenen Ultraschall-Signals durchgeführt wird. Bei einem Reflexionssignal hängt dessen Signalcharakteristik beispielsweise von einer Form und/oder einem Material der re flektierenden Oberfläche ab, was sich für eine entsprechende Klassifikation nutzbar machen lässt. In embodiments it can be provided that an object classification is carried out depending on the received ultrasonic signal. In the case of a reflection signal, its signal characteristics depend, for example, on a shape and/or a material of the reflecting surface, which can be used for a corresponding classification.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist die Steuervorrichtung ferner dazu eingerichtet, auf Basis einer Doppler-Frequenzverschiebung des empfangenen Ultraschall-Reflexionssignals und/oder auf Basis von wenigstens zwei zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangenen Ultraschall-Signalen einen Bewegungszustand des ermittelten Objekts zu ermitteln. According to a further embodiment of the parking assistance system, the control device is also set up to determine a movement state of the determined object based on a Doppler frequency shift of the received ultrasonic reflection signal and/or based on at least two ultrasonic signals received at different times.
Der Bewegungszustand umfasst insbesondere die Information, ob sich das Objekt auf die Ultraschallsensoranordnung zubewegt oder von dieser entfernt. Wenn sich das Objekt auf die Ultraschallsensoranordnung zubewegt, dann wird die Frequenz des reflektierten Ultra schall-Signals größer als die des ursprünglich ausgesendeten Ultraschall-Signals sein. Wenn sich das Objekt von der Ultraschallsensoranordnung entfernt, dann wird die Frequenz des reflektierten Ultraschall-Signals kleiner als die des ursprünglich ausgesendeten Ultraschall- Signals sein. Wenn sich die Laufzeit des reflektierten Ultraschall-Signals zwischen zwei an unterschiedlichen Zeitpunkten ausgesendeten Ultraschall-Signalen verändert, lässt sich hier von ebenfalls auf den Bewegungszustand des Objekts schließen. The state of movement includes in particular the information as to whether the object is moving towards or away from the ultrasonic sensor arrangement. When the object moves towards the ultrasonic sensor array, the frequency of the reflected ultrasonic signal will be greater than that of the ultrasonic signal originally emitted. If the object moves away from the ultrasonic sensor arrangement, then the frequency of the reflected ultrasonic signal will be lower than that of the originally transmitted ultrasonic signal. If the propagation time of the reflected ultrasonic signal changes between two ultrasonic signals emitted at different points in time, the state of motion of the object can also be inferred from here.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems umfasst das Parkassis tenzsystem eine Mehrzahl an Ultraschallsensoranordnungen, die in einer vorbestimmten räumlichen Anordnung ortsfest angeordnet sind, wobei die Steuervorrichtung zum Ermitteln einer Position und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Form eines in der Umgebung der Ultraschallsensoranordnungen angeordneten Objekts in Abhängigkeit von wenigstens zwei, von unterschiedlichen Ultraschallsensoranordnungen der Mehrzahl empfangener Ultraschall- Signale und der vorbestimmten räumlichen Anordnung der Ultraschallsensoranordnungen eingerichtet ist. According to a further embodiment of the parking assistance system, the parking assistance system comprises a plurality of ultrasonic sensor arrangements which are stationarily arranged in a predetermined spatial arrangement, the control device for determining a position and/or an orientation and/or a shape of an object arranged in the vicinity of the ultrasonic sensor arrangements depending on at least two ultrasonic signals received from different ultrasonic sensor arrangements of the plurality and the predetermined spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrangements.
Vorteilhaft ist die Steuervorrichtung zum Ansteuern aller Ultraschallsensoranordnungen des Parkassistenzsystems eingerichtet. The control device is advantageously set up to activate all ultrasonic sensor arrangements of the parking assistance system.
Die vorbestimmte räumliche Anordnung der mehreren Ultraschallsensoranordnungen um fasst beispielsweise Informationen zu einem jeweiligen Abstand und einer Richtung zwi schen zwei Ultraschallsensoranordnungen. Man kann auch sagen, dass die vorbestimmte räumliche Anordnung durch jeweilige Koordinaten der Ultraschallsensoranordnungen gege ben ist. Die Koordinaten umfassen vorzugsweise zwei oder drei Positionskoordinaten und zusätzlich mehrere Richtungskoordinaten. Die Richtungskoordinaten dienen der Angabe des Raumbereichs, in den eine jeweilige Ultraschallsensoranordnung ein Ultraschall-Signal aus sendet, sowie des Raumbereichs, aus dem die jeweilige Ultraschallsensoranordnung ein Ultraschall-Signal empfängt. Die Richtungskoordinaten können beispielsweise in Form von Kugelkoordinaten angegeben sein, wobei diese auch Bereichsangaben, beispielsweise in Form von Intervallen, umfassen können. The predetermined spatial arrangement of the multiple ultrasonic sensor arrays includes, for example, information about a respective distance and a direction between two ultrasonic sensor arrays. One can also say that the predetermined spatial arrangement is given by respective coordinates of the ultrasonic sensor arrays. The coordinates preferably include two or three position coordinates and, in addition, several directional coordinates. The directional coordinates are used to specify the spatial area into which a respective ultrasonic sensor arrangement sends an ultrasonic signal and the spatial area from which the respective ultrasonic sensor arrangement receives an ultrasonic signal. The directional coordinates can be given, for example, in the form of spherical coordinates, which can also include area details, for example in the form of intervals.
Mittels Multilateration kann von den wenigstens zwei empfangenen Ultraschall-Signalen eine Position, eine Ausrichtung und/oder eine Form des Objekts ermittelbar sein. Je mehr Signale empfangen werden, um so genauer kann die Ermittlung erfolgen. A position, an alignment and/or a shape of the object can be determined from the at least two received ultrasonic signals by means of multilateration. The more signals are received, the more precisely the determination can be made.
Die mehreren Ultraschallsensoranordnungen werden hierbei von der Steuervorrichtung ins besondere derart angesteuert, dass nicht alle gleichzeitig ein Ultraschall-Signal aussenden, sondern zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur eine Teilgruppe der mehreren Ultra schallsensoranordnungen. Die Teilgruppen sind derart ausgewählt, dass unter normalen Umständen nicht damit zu rechnen ist, dass in einer bestimmten Teilgruppe zusammenge- fasste Ultraschallsensoranordnungen aufgrund der räumlichen Anordnung ein Reflexionssig nal einer anderen Ultraschallsensoranordnung der Teilgruppe empfangen. Beispielsweise können Ultraschallsensoranordnungen, die in unterschiedliche Raumwinkel aussenden und/oder zwischen denen eine Wand oder dergleichen angeordnet ist, eine Teilgruppe bil den. Mit anderen Worten sind diejenigen Ultraschallsensoranordnungen, die in der zu einem bestimmten Zeitpunkt Ultraschall-Signale aussendenden Teilgruppe nicht enthalten sind, räumlich derart angeordnet, dass damit zu rechnen ist, dass diese ein Reflexionssignal der ausgesendeten Ultraschall-Signale empfangen. Somit kann eine Informationsdichte betref fend das Objekt erhöht werden, was die Ermittlung der Position, Ausrichtung und/oder Form noch genauer ermöglicht. The multiple ultrasonic sensor arrays are controlled by the control device in particular in such a way that they do not all emit an ultrasonic signal at the same time, but rather only a subgroup of the multiple ultrasonic sensor arrays at a given point in time. The subgroups are selected in such a way that under normal circumstances it is not to be expected that a specific subgroup will Summarized ultrasonic sensor arrays received a reflection signal due to the spatial arrangement of another ultrasonic sensor array of the subgroup. For example, ultrasonic sensor arrays that emit in different spatial angles and/or between which a wall or the like is arranged can form a subgroup. In other words, those ultrasonic sensor arrangements that are not contained in the subgroup emitting ultrasonic signals at a specific point in time are spatially arranged in such a way that it can be expected that they will receive a reflection signal of the emitted ultrasonic signals. An information density relating to the object can thus be increased, which enables the position, orientation and/or shape to be determined even more precisely.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass einigen oder allen Ultraschallsenso ranordnungen eine bestimmte Frequenz zugeordnet ist, mit der sie jeweils das Ultraschall- Signal aussenden. Auf Basis der Frequenz eines empfangenen Ultraschall-Signals kann dann auf die Ultraschallsensoranordnung geschlossen werden, die das Ultraschall-Signal ursprünglich ausgesendet hat. Alternatively or additionally, it can be provided that some or all ultrasonic sensor arrangements are assigned a specific frequency with which they emit the ultrasonic signal. On the basis of the frequency of a received ultrasonic signal, conclusions can then be drawn about the ultrasonic sensor arrangement that originally transmitted the ultrasonic signal.
In Ausführungsformen des Parkassistenzsystems ist die Steuervorrichtung ferner zum Ermit teln einer Trajektorie des Objekts auf Basis der zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelten Position und/oder Ausrichtung des Objekts eingerichtet. In embodiments of the parking assistance system, the control device is also set up to determine a trajectory of the object on the basis of the position and/or orientation of the object determined at different points in time.
Die Trajektorie kann auch als ein Bewegungsprofil bezeichnet werden. Mittels der Trajektorie kann das Objekt beispielsweise innerhalb eines Gebäudes nachverfolgt werden. Das heißt, dass ermittelbar ist, wenn das Objekt einen ersten Bereich verlässt und in einen zweiten Be reich eintritt. Insbesondere eine nahtlose Mitverfolgung, das heißt es gibt keine "blinden Be reiche", in denen keine Ultraschallsensoranordnung vorhanden ist, kann Vorteile für die Funktion des Parkassistenzsystems aufweisen. Beispielsweise kann dies für eine intelligente Verkehrsflusssteuerung verwendet werden. In Ausführungsformen des Parkassistenzsystems ist die Steuervorrichtung ferner dazu ein gerichtet, die Ultraschallsensoranordnung zum Aussenden eines kodierten Ultraschall- Signals, welches eine kodierte Information umfasst, anzusteuern, und ist dazu eingerichtet, eine in einem empfangenen Ultraschall-Signal enthaltene kodierte Information zu ermitteln. The trajectory can also be referred to as a movement profile. By means of the trajectory, the object can be tracked within a building, for example. This means that it can be determined when the object leaves a first area and enters a second area. In particular, seamless tracking, that is to say there are no "blind areas" in which there is no ultrasonic sensor arrangement, can have advantages for the function of the parking assistance system. For example, this can be used for intelligent traffic flow control. In embodiments of the parking assistance system, the control device is also set up to actuate the ultrasonic sensor arrangement to emit a coded ultrasonic signal that includes coded information, and is set up to determine coded information contained in a received ultrasonic signal.
In dieser Ausführungsform kann die Ultraschallsensoranordnung zur Kommunikation mit an deren Ultraschallsensoranordnungen, insbesondere zur Datenübertragung, verwendet wer den. Aufgrund des vorteilhaft hohen Signal-Rausch-Verhältnisses der wie vorgeschlagen ausgebildeten Ultraschallsensoranordnung, kann die Kommunikation stabiler und weniger störanfällig durchgeführt werden als mit herkömmlichen Ultraschallsensoren. In this embodiment, the ultrasonic sensor arrangement can be used for communication with other ultrasonic sensor arrangements, in particular for data transmission. Because of the advantageously high signal-to-noise ratio of the ultrasonic sensor arrangement designed as proposed, the communication can be carried out more stably and less susceptible to interference than with conventional ultrasonic sensors.
Die Information wird insbesondere mittels eines Modulationsverfahrens kodiert, das heißt, dass das kodierte Ultraschall-Signal ein entsprechend moduliertes Ultraschall-Signal ist. Bei spiele sind Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation oder Pulscodemodulation. The information is encoded in particular by means of a modulation method, which means that the encoded ultrasonic signal is a correspondingly modulated ultrasonic signal. In games are frequency modulation, amplitude modulation or pulse code modulation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist das Parkassistenz system ferner dazu eingerichtet, ein von einer Ultraschallsensoranordnung eines Fahrzeugs ausgesendetes Ultraschall-Signal zu empfangen, und wobei die Steuervorrichtung dazu ein gerichtet ist, in Reaktion auf das empfangene Ultraschall-Signal die Ultraschallsensoranord nung zum Aussenden eines weiteren Ultraschall-Signals mit vorbestimmten Eigenschaften in Abhängigkeit des empfangenen Ultraschall-Signals anzusteuern. According to a further embodiment of the parking assistance system, the parking assistance system is also set up to receive an ultrasonic signal emitted by an ultrasonic sensor arrangement of a vehicle, and the control device is set up to, in response to the received ultrasonic signal, cause the ultrasonic sensor arrangement to emit a to drive another ultrasonic signal with predetermined properties depending on the received ultrasonic signal.
Die vorbestimmten Eigenschaften des auszusendenden Ultraschall-Signals umfassen einen relativ zu einem Empfangszeitpunkt des empfangenen Ultraschall-Signals zu bestimmenden Sendezeitpunkt. Das heißt, dass das Ultraschall-Signal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem das Ultraschall-Signal empfangen wurde, ausgesendet wird. Das Ult raschall-Signal mit vorbestimmten Eigenschaften kann ferner ein kodiertes Ultraschall-Signal sein, das eine kodierte Information umfasst. Die Information umfasst beispielsweise eine Position der Ultraschallsensoranordnung, beispielsweise in Form von GPS-Koordinaten. Die Information wird insbesondere mittels eines Modulationsverfahrens kodiert, das heißt, dass das kodierte Ultraschall-Signal ein entsprechend moduliertes Ultraschall-Signal ist. Beispiele sind Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation oder Pulscodemodulation. The predetermined properties of the ultrasound signal to be transmitted include a transmission time to be determined relative to a reception time of the received ultrasound signal. This means that the ultrasonic signal is transmitted after a predetermined period of time has elapsed after the ultrasonic signal was received. The ultrasonic signal with predetermined properties can also be an encoded ultrasonic signal that includes encoded information. The information includes, for example, a position of the ultrasonic sensor arrangement, for example in the form of GPS coordinates. The information is coded in particular by means of a modulation method, i.e. that the coded ultrasonic signal is a correspondingly modulated ultrasonic signal. Examples are frequency modulation, amplitude modulation or pulse code modulation.
In dieser Ausführungsform kann vorteilhaft das Fahrzeug bei einer Lokalisierung unterstützt werden. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften der wie vorgeschlagen ausgebildeten Ult raschallsensoranordnung, die eine höhere Reichweite beim Empfangen und beim Senden des Ultraschallsignals ermöglicht, kann dies mit einem größeren Abstand zwischen Fahrzeug und Ultraschallsensoranordnung erfolgen, als dies mit herkömmlichen Ultraschallsensoren möglich ist. Es sei angemerkt, dass die Ultraschallsensoranordnung des Fahrzeugs eine herkömmliche und/oder eine wie vorgeschlagen ausgebildete Ultraschallsensoranordnung umfassen kann. In this embodiment, the vehicle can advantageously be assisted in localization. Due to the advantageous properties of the ultrasonic sensor arrangement designed as proposed, which enables a greater range when receiving and transmitting the ultrasonic signal, this can be done with a greater distance between the vehicle and the ultrasonic sensor arrangement than is possible with conventional ultrasonic sensors. It should be noted that the ultrasonic sensor arrangement of the vehicle can comprise a conventional ultrasonic sensor arrangement and/or an ultrasonic sensor arrangement designed as proposed.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Gebäude, insbesondere eine Parkgarage, vorge schlagen. Das Gebäude umfasst wenigstens eine Parkfläche für ein Fahrzeug. Das Gebäu de umfasst ein Parkassistenzsystem gemäß dem ersten Aspekt. According to a second aspect, a building, in particular a parking garage, is proposed. The building includes at least one parking area for a vehicle. The building includes a parking assistance system according to the first aspect.
Das Gebäude kann eine einzelne Garage, ein Parkhaus, eine Tiefgarage, eine freie Parkflä che, wie einen Parkplatz, oder dergleichen umfassen. Das Gebäude umfasst bauliche Struk turen, wie Wände, Säulen, Mauern oder dergleichen, die fest mit dem Erdboden verbunden sind. The building may include a single garage, a parking garage, an underground parking lot, an open parking area such as a parking lot, or the like. The building includes structural structures, such as walls, pillars, walls or the like, which are firmly connected to the ground.
Das Parkassistenzsystem ist vorzugsweise in dem Gebäude integriert angeordnet, bei spielsweise verlaufen notwendige Strom- und Signalleitungen verdeckt, insbesondere sind diese ähnlich einer Unterputzverlegung verlegt. Das Parkassistenzsystem kann auch nach träglich an dem Gebäude angebracht worden sein, beispielsweise im Rahmen einer Moder nisierung. The parking assistance system is preferably arranged in an integrated manner in the building, for example necessary power and signal lines run in a concealed manner, in particular they are laid in a manner similar to flush-mounting. The parking assistance system can also be attached to the building later, for example as part of a modernization.
Sofern das Parkassistenzsystem mehrere Ultraschallsensoranordnungen umfasst, so sind diese insbesondere verteilt in oder an dem Gebäude angeordnet, beispielsweise sind diese an unterschiedlichen baulichen Strukturen angebracht und zum Messen unterschiedlicher Raumbereiche eingerichtet. If the parking assistance system comprises a plurality of ultrasonic sensor arrangements, these are arranged in particular in a distributed manner in or on the building attached to different building structures and set up to measure different areas of space.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschrie benen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufü gen. Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.Further advantageous refinements and aspects of the invention are the subject matter of the subclaims and of the exemplary embodiments of the invention described below.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug nahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the enclosed figures.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems gemäß einem ers ten Ausführungsbeispiel; 1 shows a schematic view of a parking assistance system according to a first exemplary embodiment;
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ultraschallsensoranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; 2 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a second exemplary embodiment;
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ultraschallsensoranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; 3 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a third exemplary embodiment;
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Formteil mit einem Blendenabschnitt aus einem akustischen Metamaterial gemäß Ausführungsbeispielen; 4 shows a schematic top view of a molded part with a screen section made of an acoustic metamaterial according to exemplary embodiments;
Fig. 5 zeigt eine Auftragung eines gemessenen Echosignals mit einem unverdeckten Ultraschallsensor; 5 shows a plot of a measured echo signal with an uncovered ultrasonic sensor;
Fig. 6 zeigt eine Auftragung eines gemessenen Echosignals mit dem Ultraschallsensor aus Fig. 5 bei Verdeckung durch den Blendenabschnitt des Formteils aus Fig. 4; Fig. 7 zeigt eine Auftragung einer winkelabhängigen Senderichtcharakteristik eines mit einem Metamaterial verdeckten und eines unverdeckten Ultraschallsensors;FIG. 6 shows a plot of a measured echo signal with the ultrasonic sensor from FIG. 5 when covered by the diaphragm section of the molded part from FIG. 4; 7 shows a plot of an angle-dependent transmission directional characteristic of an ultrasonic sensor covered with a metamaterial and of an uncovered ultrasonic sensor;
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems gemäß einem vier ten Ausführungsbeispiel; Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems gemäß einem fünf ten Ausführungsbeispiel; 8 shows a schematic view of a parking assistance system according to a fourth exemplary embodiment; 9 shows a schematic view of a parking assistance system according to a fifth exemplary embodiment;
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und 10 shows a schematic view of a parking assistance system according to a sixth exemplary embodiment; and
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems gemäß einem sieb ten Ausführungsbeispiel. FIG. 11 shows a schematic view of a parking assistance system according to a seventh exemplary embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Elements that are the same or have the same function have been provided with the same reference symbols in the figures, unless otherwise stated.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems 100 gemäß einem ers ten Ausführungsbeispiel. In diesem Beispiel ist das Parkassistenzsystem 100 in einem Ge bäude 300, das hier als ein Parkhaus ausgebildet ist, integriert. Die Fig. 1 ist damit auch ein Beispiel für ein Gebäude 300 mit einem Parkassistenzsystem 100. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst hier zwei Ultraschallsensoranordnungen 1 , die jeweils mit einer Steuervorrich tung 110 verbunden sind. Die Steuervorrichtung 100 ist zum Ansteuern der Ultraschallsenso ranordnungen 1 eingerichtet. Die beiden Ultraschallsensoranordnungen 1 dienen in diesem Beispiel dem Zweck, eine Belegung von Parkplätzen des Parkhauses 300 zu überwachen. Hierfür sind die Ultraschallsensoranordnungen 1 an der Decke über dem jeweiligen Park platz angeordnet. Jede Ultraschallsensoranordnung 1 ist zum Messen eines Bereichs in der Umgebung 200 unterhalb der jeweiligen Ultraschallsensoranordnung 1 eingerichtet. Hierzu wird die jeweilige Ultraschallsensoranordnung 1 von der Steuervorrichtung 110 zum Aussen den eines Ultraschall-Signals 25 in den zu messenden Bereich angesteuert. Das Ultraschall- Signal 25 kann von Objekten 210 oder von dem Boden des Parkhauses reflektiert werden, und ein Reflexionssignal 26 kann empfangen werden. 1 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a first exemplary embodiment. In this example, the parking assistance system 100 is integrated in a building 300, which is embodied here as a multi-storey car park. 1 is thus also an example of a building 300 with a parking assistance system 100. The parking assistance system 100 here comprises two ultrasonic sensor arrangements 1, each of which is connected to a control device 110. The control device 100 is set up to control the ultrasonic sensor arrangements 1 . In this example, the two ultrasonic sensor arrangements 1 serve the purpose of monitoring the occupancy of parking spaces in the multi-storey car park 300 . For this purpose, the ultrasonic sensor arrays 1 are arranged on the ceiling above the respective parking space. Each ultrasonic sensor array 1 is set up to measure an area in the environment 200 below the respective ultrasonic sensor array 1 . For this purpose, the respective ultrasonic sensor arrangement 1 is controlled by the control device 110 to emit an ultrasonic signal 25 into the area to be measured. The ultrasonic signal 25 can be reflected from objects 210 or from the floor of the parking garage, and a reflection signal 26 can be received.
Wenn sich auf einem der Parkplätze ein Objekt 210, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, befin det, dann ist eine Signallaufzeit des Reflexionssignals 26 geringer, woraus sich auf die An wesenheit des Kraftfahrzeugs schließen lässt. Da die Ultraschallsensoranordnungen 1 wie nachfolgend anhand einer der Fig. 2 - 4 beschrieben ausgebildet sind, wird dadurch ein vor- teilhaftes Signal-Rausch-Verhältnis begünstigt. Daher kann beispielsweise die Steuervorrich tung 110 einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweisen, da die Signalverarbeitung zum Erfassen des Kraftfahrzeugs weniger aufwändig ausgestaltet sein muss, als dies bei einem herkömmlichen Ultraschallsensor der Fall wäre. If an object 210, for example a motor vehicle, is located in one of the parking spaces, then a signal propagation time of the reflection signal 26 is shorter, from which it can be concluded that the motor vehicle is present. Since the ultrasonic sensor arrangements 1 are designed as described below with reference to one of FIGS. 2-4, this results in a favorable signal-to-noise ratio. Therefore, for example, the control device 110 can have a comparatively simple structure, since the signal processing for detecting the motor vehicle does not have to be as complex as would be the case with a conventional ultrasonic sensor.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ultraschallsensoranordnung gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Ultraschallsensoranordnung 1 umfasst einen Ultra schallsensor 2 und einen Blendenabschnitt 3. FIG. 2 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a second exemplary embodiment. The ultrasonic sensor arrangement 1 comprises an ultrasonic sensor 2 and an aperture section 3.
Der Ultraschallsensor 1 weist ein Gehäuse 4 auf, das aus einem schallharten Kunststoff ausgebildet ist. Eine Ultraschallmembran 5 ist in einen Entkopplungsring 6 aus einem schallweichen Material, wie Silikon, eingepasst. Auf eine Innenfläche der Ultraschallmemb ran 5 ist ein Schallwandlerelement 7, wie beispielsweise ein Piezoelement, geklebt. Die Baugruppe aus Piezoelement 7, Ultraschallmembran 5 und Entkopplungsring 6 ist in eine Öffnung des Gehäuses 4 eingepasst. The ultrasonic sensor 1 has a housing 4 which is made of a reverberant plastic. An ultrasonic membrane 5 is fitted into a decoupling ring 6 made of an acoustically soft material such as silicone. A sound transducer element 7, such as a piezoelectric element, is glued to an inner surface of the ultrasonic membrane 5. The assembly consisting of the piezo element 7, the ultrasonic membrane 5 and the decoupling ring 6 is fitted into an opening in the housing 4.
Das Piezoelement 7 ist über einen Entkopplungsdraht 8 mit einem ersten metallischen Kon taktstift 9 verbunden. Der Entkopplungsdraht 8 kann eine überschüssige Länge aufweisen und demgemäß nicht unter Spannung stehen. Ein zweiter metallischer Kontaktstift 10 ist aus dem Gehäuse 4 heraus nach außen geführt. Eine Leiterplatte 11 ist auf die metallischen Kontaktstifte 9, 10 aufgesetzt. Auf der Leiterplatte 11 sind elektronische Bauelemente 12 zur elektrischen Ansteuerung des Piezoelements 7 montiert. The piezoelectric element 7 is connected to a first metallic contact pin 9 via a decoupling wire 8 . The decoupling wire 8 may be of excess length and thus not under tension. A second metallic contact pin 10 is led out of the housing 4 to the outside. A circuit board 11 is placed on the metal contact pins 9,10. Electronic components 12 for electrically controlling the piezo element 7 are mounted on the circuit board 11 .
Die Steuervorrichtung 110 (siehe Fig. 1 oder 8 - 11 ) des Parkassistenzsystems 100 (siehe Fig. 1 oder 8 - 11) kann somit über eine hier nicht gezeigte Leitung und den Kontaktstift 10 mit den elektronischen Bauelementen 12 des Ultraschallsensors 2 verbunden sein und durch Übertragen elektrischer Signale an den Ultraschallsensor 2 die Bauelemente 12 dazu veran lassen, das Piezoelement 7 anzusteuern und die Ultraschallmembran 5 zu Schwingungen anzuregen und demgemäß ein Ultraschall-Signal 25 (siehe Fig. 1 , 10 oder 11) auszusenden. Desgleichen kann die Steuervorrichtung 110 des Parkassistenzsystems 100 elektrische Sig- nale von dem Ultraschallsensor 2 empfangen, die indikativ für eine von dem Piezoelement 7 erfasste Schwingung der Ultraschallmembran 5 sind, und auf diese Weise ein empfangenes Reflexionssignal 26 (siehe Fig. 1 oder 11) messen. The control device 110 (see Fig. 1 or 8-11) of the parking assistance system 100 (see Fig. 1 or 8-11) can thus be connected to the electronic components 12 of the ultrasonic sensor 2 via a line (not shown here) and the contact pin 10 and through Transmission of electrical signals to the ultrasonic sensor 2 can cause the components 12 to control the piezoelectric element 7 and to excite the ultrasonic membrane 5 to oscillate and accordingly emit an ultrasonic signal 25 (see FIG. 1, 10 or 11). Likewise, the control device 110 of the parking assistance system 100 electrical signals Signals received by the ultrasonic sensor 2, which are indicative of a vibration of the ultrasonic membrane 5 detected by the piezo element 7, and in this way a received reflection signal 26 (see FIG. 1 or 11) measure.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Baugruppe aus Ultraschallmembran 5 und Piezoele ment 7 mittels des Entkopplungsrings 6 in die Öffnung des Gehäuses 4 eingepasst ist und mittels des Entkopplungsdrahts 8 elektrisch kontaktiert ist. Auf diese Weise ist die Ultra schallmembran 5 vollständig mechanisch von dem Gehäuse 4 entkoppelt. It should be noted that the assembly of ultrasonic membrane 5 and piezo element 7 is fitted into the opening of the housing 4 by means of the decoupling ring 6 and is electrically contacted by means of the decoupling wire 8 . In this way, the ultrasonic membrane 5 is completely mechanically decoupled from the housing 4.
Der Blendenabschnitt 3 ist vor der Ultraschallmembran 5 des Ultraschallsensors 2 angeord net und ist aus einem, insbesondere breitbandigen, akustischen Metamaterial ausgebildet, das anhand der Fig. 3 und 4 eingehend beschrieben ist. The diaphragm section 3 is arranged in front of the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 and is made of an acoustic metamaterial, in particular a broadband one, which is described in detail with reference to FIGS.
Der Blendenabschnitt 3 ist insbesondere separat von dem Ultraschallsensor 2 bereitgestellt. Der Blendenabschnitt 3 ist insbesondere ohne ein Kopplungselement zum Koppeln des Ult raschallsensors 2 mit dem Blendenabschnitt 3 bereitgestellt. Zwischen der Ultraschallmemb ran 5 und dem Blendenabschnitt 3 kann ein dünner Luftspalt 15 (siehe Fig. 3) ausgebildet sein, um eine mechanische Entkopplung der Ultraschallmembran 5 von dem Blendenab schnitt 3 und weiteren, nicht gezeigten, mit dem Blendenabschnitt 3 verbundenen Teilen (Formteile, Halterungen und dergleichen) zu bewirken. Es ist auch möglich, dass die Ultra schallmembran 5 ohne Anpressdruck an dem Blendenabschnitt 3 anliegt. In particular, the aperture section 3 is provided separately from the ultrasonic sensor 2 . Specifically, the bezel portion 3 is provided without a coupling member for coupling the ultrasonic sensor 2 to the bezel portion 3 . A thin air gap 15 (see FIG. 3) can be formed between the ultrasonic membrane 5 and the panel section 3 in order to mechanically decouple the ultrasonic membrane 5 from the panel section 3 and other parts (not shown) connected to the panel section 3 (molded parts, brackets and the like) to effect. It is also possible for the ultrasonic membrane 5 to rest against the panel section 3 without contact pressure.
Das solchermaßen angeordnete akustische Metamaterial des Blendenabschnitts 3 kann vor teilhafterweise den Signal-Rausch-Abstand des von dem Ultraschallsensor 2 gelieferten Messsignals signifikant verbessern. The acoustic metamaterial of the panel section 3 arranged in this way can advantageously significantly improve the signal-to-noise ratio of the measurement signal supplied by the ultrasonic sensor 2 .
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ultraschallsensoranordnung gemäß ei nem dritten Ausführungsbeispiel. Der Ultraschallsensor 2 und der Blendenabschnitt 3 der Ultraschallsensoranordnung 1 des dritten Ausführungsbeispiels können beispielsweise der Ultraschallsensor 2 und der Blendenabschnitt 3 des zweiten Ausführungsbeispiels sein und werden nicht erneut beschrieben. FIG. 3 shows a schematic sectional view of an ultrasonic sensor arrangement according to a third exemplary embodiment. The ultrasonic sensor 2 and the panel section 3 of the ultrasonic sensor arrangement 1 of the third exemplary embodiment can, for example, Be ultrasonic sensor 2 and the aperture portion 3 of the second embodiment and will not be described again.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Blendenabschnitt 3 ein Abschnitt, der einstückig mit einem Formteil 13 und aus dem gleichen schallharten Grundmaterial wie das Formteil 13 ausgebildet ist. Das heißt, dass der Blendenabschnitt 3 des dritten Ausführungsbeispiels ein Abschnitt des Formteils 13 ist. In the third exemplary embodiment, the diaphragm section 3 is a section which is formed in one piece with a molded part 13 and is made of the same reverberant base material as the molded part 13 . This means that the panel section 3 of the third exemplary embodiment is a section of the molded part 13 .
Das Formteil 13 kann beispielsweise ein Wandpaneel oder eine Zierblende oder dergleichen sein. Das Formteil 13 kann aus einem Metallblech, aus Holz, aus einem Verbundwerkstoff, aus Kunststoff, aus Glas, aus Stein oder dergleichen ausgebildet sein. Da das Formteil 13 aus einem schallharten Grundmaterial ausgebildet ist, kann Körperschall bzw. können Kör perschwingungen in dem Formteil 13 auftreten. The molded part 13 can be, for example, a wall panel or a decorative panel or the like. The molded part 13 can be made of sheet metal, wood, a composite material, plastic, glass, stone or the like. Since the molded part 13 is formed from a reverberant base material, structure-borne noise and/or body vibrations can occur in the molded part 13 .
Im Blendenabschnitt 3 des Formteils 13 ist das Grundmaterial des Formteils 13 durch eine strukturierende Bearbeitung zu einem akustischen Metamaterial ausgebildet. In the diaphragm section 3 of the molded part 13, the base material of the molded part 13 is formed into an acoustic metamaterial by structuring processing.
An einer Außenseite des Gehäuses 4 sind Flalterungen 14 angebracht. Die Flalterungen 14 sind ihrerseits an dem Formteil 13 befestigt. Im Speziellen sind die Flalterungen 14 in einem Bereich außerhalb des Blendenabschnitts 3 an dem Formteil 13 befestigt. Der Ultra schallsensor 2 wird von den Flalterungen 14 dergestalt gehalten, dass die Ultraschallmemb ran 5 des Ultraschallsensors 2 parallel zu dem Formteil 13 hinter dem Blendenabschnitt 3 des Formteils 13 angeordnet ist. Hierbei ist vorzugsweise ein beispielsweise ca. 0,1 mm dünner Luftspalt 15 zwischen dem akustischen Metamaterial des Blendenabschnitts 3 und der Ultraschallmembran 5 des Ultraschallsensors 2 ausgebildet. Flalters 14 are attached to an outside of the housing 4 . The flaps 14 are in turn attached to the molded part 13 . Specifically, the flares 14 are fixed to the molding 13 in an area outside the panel portion 3 . The ultrasonic sensor 2 is held by the flaps 14 in such a way that the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 is arranged parallel to the molded part 13 behind the aperture section 3 of the molded part 13 . In this case, an air gap 15 that is approximately 0.1 mm thin, for example, is preferably formed between the acoustic metamaterial of the diaphragm section 3 and the ultrasonic membrane 5 of the ultrasonic sensor 2 .
Zwar sind somit das Formteil 13 die Flalterungen 14 und das Gehäuse 4 des Ultra schallsensors 2, die jeweils aus schallharten Materialien ausgebildet sind, mechanisch mitei nander gekoppelt. Jedoch ist die Ultraschallmembran 5, wie anhand des ersten Ausfüh rungsbeispiels erläutert wurde, mechanisch von dem Gehäuse 4 des Ultraschallsensors 2 entkoppelt. Ferner ist die Ultraschallmembran 2 durch den Luftspalt 15 auch mechanisch von dem Formteil 13 entkoppelt. Da der Blendenabschnitt 3 aus dem akustischen Metamaterial für Ultraschallwellen zudem nichtresonant durchtunnelbar ist, ist ein Einfluss von Struktur schwingungen der Struktur aus Formteil 13, Flalterungen 14 und Gehäuse 4 auf die Qualität des von der Ultraschallsensoranordnung 1 gelieferten Messsignals stark reduziert. Although thus the molded part 13, the Flalterungen 14 and the housing 4 of the ultrasonic sensor 2, which are each formed from reverberant materials, mechanically coupled mitei nander. However, as was explained with reference to the first exemplary embodiment, the ultrasonic membrane 5 is mechanically separated from the housing 4 of the ultrasonic sensor 2 decoupled. Furthermore, the ultrasonic membrane 2 is also mechanically decoupled from the molded part 13 by the air gap 15 . Since the panel section 3 made of the acoustic metamaterial for ultrasonic waves can also be tunneled through non-resonantly, the influence of structural vibrations of the structure made of molded part 13, flaring 14 and housing 4 on the quality of the measurement signal supplied by the ultrasonic sensor arrangement 1 is greatly reduced.
Gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels liegt die Ultraschallmembran 5 an dem Blendenabschnitt 3 bzw. an dem akustischen Metamaterial 3 an (nicht dargestellt). Das heißt, dass gemäß der Abwandlung kein Luftspalt 15 vorgesehen ist. Die akustische Impedanz des akustischen Metamaterials des Blendenabschnitts 3 kann auf der dem Ultra schallsensor 2 zugewandten Seite an die akustische Impedanz der Ultraschallmembran 5 angeglichen sein. According to a modification of the third exemplary embodiment, the ultrasonic membrane 5 bears against the diaphragm section 3 or against the acoustic metamaterial 3 (not shown). That is, according to the modification, no air gap 15 is provided. The acoustic impedance of the acoustic metamaterial of the panel section 3 can be matched to the acoustic impedance of the ultrasonic membrane 5 on the side facing the ultrasonic sensor 2 .
Zwar wird gemäß dieser Abwandlung ggf. keine oder eine weniger gute akustische Entkopp lung zwischen Ultraschallmembran 5 und Formteil 13 erzielt. Jedoch kann der durch das akustische Metamaterial 3 bewirkte Effekt einer Verstärkung der Amplituden der gemesse nen Echosignale aufgrund eines besseren Impedanzabgleichs ohne den Luftspalt 15 noch stärker ausfallen. Dadurch kann der Signal-Rausch-Abstand noch weiter verbessert werden. According to this modification, no acoustic decoupling, or less good acoustic decoupling, may be achieved between the ultrasonic membrane 5 and the molded part 13 . However, the effect of an amplification of the amplitudes of the measured echo signals brought about by the acoustic metamaterial 3 can be even stronger without the air gap 15 due to better impedance matching. As a result, the signal-to-noise ratio can be improved even further.
Für eine bessere akustische Entkopplung des Formteils 13 können gemäß der Abwandlung in einem Bereich außerhalb des Blendenabschnitts 3 an dem Formteil 13 Dämpfungsele mente, wie Dämpfungsmaterialien, Dämpfungsbohrungen oder dergleichen vorgesehen sein. Alternativ ist auch möglich, eingekoppelte Strukturschwingungen rechnerisch aus dem Messsignal des Ultraschallsensors 2 zu entfernen. According to the modification, damping elements such as damping materials, damping bores or the like can be provided on the shaped part 13 for better acoustic decoupling of the shaped part 13 in an area outside the panel section 3 . Alternatively, it is also possible to mathematically remove coupled-in structural vibrations from the measurement signal of the ultrasonic sensor 2 .
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Formteil 13 mit einem Blendenabschnitt 3. Das Formteil 13 ist aus einem schallharten Grundmaterial ausgebildet. Es wurden verschie dene Prototypen für das Formteil 13 aus den Grundmaterialien Aluminium mit 1 mm Dicke, Kunststoff mit 3 mm Dicke und Stahl mit 0,9 mm Dicke hergestellt. Die Prototypen wiesen jeweils eine Fläche von 10 x 10 cm2 auf. Im Blendenabschnitt 3 des Formteils 13 wurde ein akustisches Metamaterial dadurch ausge bildet, dass das Grundmaterial des Formteils 13 in dem Blendenabschnitt 3 auf spezielle Weise perforiert wurde. Hierbei wurde ein regelmäßiges Gitter aus einundzwanzig runden Durchgangsöffnungen 24 gebildet. Die runden Durchgangsöffnungen 24 weisen jeweils ei nen Durchmesser von 1 mm auf. Das Gitter weist einen Lochabstand (Abstand zwischen je zwei benachbarten Öffnungen 24) von 2,5 mm auf. Damit ist der Durchmesser der Durch gangsöffnungen 24 und der Lochabstand jeweils deutlich kleiner als die Wellenlänge der von einem Ultraschallsensor 2 (siehe Fig. 2 oder 3) ausgesendeten Ultraschallwellen, die bei Raumtemperatur typischerweise ungefähr 7 mm beträgt. Zugleich war der Lochabstand grö ßer als der Öffnungsdurchmesser. FIG. 4 shows a schematic plan view of a molded part 13 with an aperture section 3. The molded part 13 is made of a reverberant base material. Various prototypes for the molded part 13 were produced from the basic materials aluminum with a thickness of 1 mm, plastic with a thickness of 3 mm and steel with a thickness of 0.9 mm. The prototypes each had an area of 10×10 cm 2 . An acoustic metamaterial was formed in the screen section 3 of the molded part 13 by perforating the base material of the molded part 13 in the screen section 3 in a special way. Here, a regular lattice of twenty-one round through-openings 24 was formed. The round through holes 24 each have a diameter of 1 mm. The grid has a hole spacing (distance between each two adjacent openings 24) of 2.5 mm. The diameter of the through-openings 24 and the hole spacing are each significantly smaller than the wavelength of the ultrasonic waves emitted by an ultrasonic sensor 2 (see FIG. 2 or 3), which is typically around 7 mm at room temperature. At the same time, the hole spacing was larger than the opening diameter.
Der perforierte Blendenabschnitt 3 der Prototypen 13 wurde vor einer Ultraschallmembran 5 (siehe Fig. 2 oder 3) eines Ultraschallsensors 2 angeordnet und damit jeweils eine Ultra schallsensoranordnung 1 (siehe Fig. 1 - 3, 8 oder 11) mit verdecktem Ultraschallsensor 2 ausgebildet. Dabei wurde die Ultraschallmembran 5 parallel zu dem Blendenabschnitt 3 an geordnet, wobei zwischen Blendenabschnitt 3 und Ultraschallmembran 5 ein Luftspalt 15 (siehe Fig. 3) von 0,1 mm verblieb. The perforated panel section 3 of the prototype 13 was arranged in front of an ultrasonic membrane 5 (see FIG. 2 or 3) of an ultrasonic sensor 2 and thus in each case an ultrasonic sensor arrangement 1 (see FIG. 1-3, 8 or 11) with a concealed ultrasonic sensor 2 was formed. The ultrasonic membrane 5 was arranged parallel to the panel section 3, with an air gap 15 (see FIG. 3) of 0.1 mm remaining between the panel section 3 and the ultrasonic membrane 5.
Alle genannten Prototypen des Formteils 13 zeigten die vorliegend beschriebenen vorteilhaf ten Effekte. Es besteht somit eine hohe Designfreiheit bezüglich Material und Dicke des Formteils 13, hinter dem der Ultraschallsensor 2 angeordnet werden kann, ohne dass die beschriebenen Vorteile verloren gehen. All of the named prototypes of the molded part 13 showed the advantageous effects described here. There is thus a high degree of design freedom with regard to the material and thickness of the molded part 13, behind which the ultrasonic sensor 2 can be arranged without the described advantages being lost.
Nachstehend werden anhand der Fig. 5 - 7 Messergebnisse für eine verdeckte Ultra schallsensoranordnung 1 , die aus einem Ultraschallsensor 2 und dem Prototyp-Formteil 13 aus 0,9 mm dickem Stahl mit dem einundzwanzig Durchgangsöffnungen 24 umfassenden Lochgitter wie vorstehend beschrieben gebildet ist, mit Messergebnissen verglichen, die mit demselben Ultraschallsensor 2 unter gleichen Versuchsbedingungen, aber ohne den Blen denabschnitt 3 mit dem akustischen Metamaterial, erzielt wurden. Fig. 5 zeigt eine Auftragung eines gemessenen Reflexionssignals 26, das auch als Echosig nal bezeichnet werden kann, mit einem unverdeckten Ultraschallsensor, und Fig. 6 zeigt eine Auftragung eines gemessenen Reflexionssignals 26 mit der verdeckten Ultraschallsensoran ordnung 1. Entlang der horizontalen Achse in Fig. 5 und 6 sind Abtastungen des von dem jeweiligen Ultraschallsensor 1 gelieferten Messsignals aufgetragen; die horizontale Achse in Fig. 5 und 6 kann auch als Zeitachse aufgefasst werden. Auf der vertikalen Achse in Fig. 5 und Fig. 6 ist die Spannungsamplitude des Messsignals in Volt aufgetragen. 5 - 7, measurement results for a concealed ultrasonic sensor arrangement 1, which is formed from an ultrasonic sensor 2 and the prototype molded part 13 made of 0.9 mm thick steel with the perforated grid comprising twenty-one through openings 24 as described above, are shown below with reference to FIGS compared, which were achieved with the same ultrasonic sensor 2 under the same test conditions, but without the diaphragm section 3 with the acoustic metamaterial. Fig. 5 shows a plot of a measured reflection signal 26, which can also be referred to as an echo signal, with an uncovered ultrasonic sensor, and Fig. 6 shows a plot of a measured reflection signal 26 with the covered ultrasonic sensor arrangement 1. Along the horizontal axis in Fig. 5 and 6 scans of the measurement signal supplied by the respective ultrasonic sensor 1 are plotted; the horizontal axis in FIGS. 5 and 6 can also be interpreted as a time axis. The voltage amplitude of the measurement signal is plotted in volts on the vertical axis in FIGS. 5 and 6 .
In einem Zeitbereich von 0 bis 2000 werden Strukturschwingungen 27 des Ultra schallsensors 2 gemessen, die beim Aussenden eines Ultraschallsignals trotz der mechani schen Entkopplung der Ultraschallmembran 5 unweigerlich auftreten. In a time range from 0 to 2000, structural vibrations 27 of the ultrasonic sensor 2 are measured, which inevitably occur when emitting an ultrasonic signal despite the mechanical decoupling of the ultrasonic membrane 5's.
Nach einer Zeit von ca. 8700 Abtastungen wird das Reflexionssignal 26 erfasst. In den Figu ren ist deutlich zu erkennen, dass die Amplitude des Reflexionssignals 26 in Fig. 6 der mit dem akustischen Metamaterial verdeckten Ultraschallsensoranordnung 1 gegenüber der Amplitude des Reflexionssignals 26 in Fig. 5 des unverdeckten Ultraschallsensors 2 um ei nen Faktor von ca. 10 verstärkt ist, bei im Übrigen identischen Versuchsbedingungen. Dem gemäß ist der Signal-Rausch-Abstand um einen Faktor von ca. 10 verbessert. After a time of about 8700 samples, the reflection signal 26 is detected. The figures clearly show that the amplitude of the reflection signal 26 in FIG. 6 of the ultrasonic sensor arrangement 1 covered with the acoustic metamaterial is increased by a factor of approximately 10 compared to the amplitude of the reflection signal 26 in FIG. 5 of the uncovered ultrasonic sensor 2 is, with otherwise identical test conditions. Accordingly, the signal-to-noise ratio is improved by a factor of approximately 10.
Aus diesem Grund kann eine Auswerteelektronik zur Analyse des empfangenen Ultraschall- Signals bei gleichem Erfassungsschwellwert mit einfacheren Komponenten aufgebaut sein, die eine kleinere Sensitivität aufweisen, weshalb die Auswerteelektronik insgesamt einfacher ausgebildet werden kann. Alternativ kann mit der gleichen Auswerteelektronik eine höhere Erfassungsreichweite erzielt werden. For this reason, evaluation electronics for analyzing the received ultrasonic signal can be constructed with simpler components that have a lower sensitivity for the same detection threshold value, which is why the evaluation electronics can be designed more simply overall. Alternatively, a higher detection range can be achieved with the same evaluation electronics.
Fig. 7 zeigt eine Auftragung einer winkelabhängigen Senderichtcharakteristik eines unver deckten Ultraschallsensors 2 und der verdeckten Ultraschallsensoranordnung 1 (siehe Fig. 1 - 3, 8 oder 11) in der gleichen Messanordnung, die auch für die in Fig. 5 und Fig. 6 gezeig ten Messungen verwendet wurde. Entlang der horizontalen Achse in Fig. 7 ist ein Winkel relativ zur Flächennormalen des Formteils 13 in Grad aufgetragen, und entlang der vertikalen Achse in Fig. 7 ist ein Schall druckpegel des Sendesignals in dB aufgetragen. Fig. 7 shows a plot of an angle-dependent transmission directional characteristic of an uncovered ultrasonic sensor 2 and the covered ultrasonic sensor arrangement 1 (see Fig. 1 - 3, 8 or 11) in the same measuring arrangement that is also used for the in Fig. 5 and Fig. 6 shown measurements was used. An angle is plotted in degrees relative to the surface normal of the molding 13 along the horizontal axis in FIG. 7, and a sound pressure level of the transmission signal is plotted in dB along the vertical axis in FIG.
Die gestrichelte Kurve 28 zeigt die Sendecharakteristik des unverdeckten Ultraschallsensors 2, und die durchgezogene Kurve 29 zeigt die Sendecharakteristik der verdeckten Ultra schallsensoranordnung 1. The dashed curve 28 shows the transmission characteristic of the uncovered ultrasonic sensor 2, and the solid curve 29 shows the transmission characteristic of the covered ultrasonic sensor arrangement 1.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, erweist sich die verdeckte Ultraschallsensoranordnung 1 mit dem breitbandigen akustischen Metamaterial im gesamten relevanten Winkelbereich von etwa - 85° bis 85° als vorteilhaft. Der Schalldruckpegel liegt durchgängig signifikant höher als bei dem unverdeckten Ultraschallsensor 2. As can be seen in FIG. 7, the concealed ultrasonic sensor arrangement 1 with the broadband acoustic metamaterial proves to be advantageous in the entire relevant angle range of approximately −85° to 85°. The sound pressure level is consistently significantly higher than with the uncovered ultrasonic sensor 2.
Damit zeigt sich, dass der anhand von Fig. 4 beschriebene Aufbau eines Blendenabschnitts 3 zur Ausbildung eines akustischen Metamaterials führt, das sowohl von ausgehenden als auch von einfallenden Ultraschallwellen in einem weiten Winkelbereich nichtresonant durch tunnelbar ist. This shows that the structure of an aperture section 3 described with reference to FIG. 4 leads to the formation of an acoustic metamaterial that can be tunnelled through in a non-resonant manner by both outgoing and incoming ultrasonic waves in a wide angular range.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems 100 gemäß einem vier ten Ausführungsbeispiel. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst eine an einer Wand eines Gebäudes 300 angeordnete Ultraschallsensoranordnung 1 , die wie anhand der Fig. 1 - 4 beschrieben ausgebildet ist und die entsprechenden vorteilhaften Wirkungen erzielt, sowie eine Steuervorrichtung 110, die zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnung 1 eingerich tet ist. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst ferner eine oberhalb der Ultraschallsensoran ordnung 1 angeordnete Schutzvorrichtung 16. Die Schutzvorrichtung 16 ist als ein Dach für die Ultraschallsensoranordnung 1 ausbildet und stellt einen geschützten Bereich 17 bereit. Die Ultraschallsensoranordnung 1 wird daher durch das Dach 16 vor Regen 18 geschützt. Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems 100 gemäß einem fünf ten Ausführungsbeispiel. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst in diesem Beispiel sechs Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106, die jeweils wie anhand der Fig. 1 - 4 beschrieben ausgebildet sind und die entsprechenden vorteilhaften Wirkungen erzielen, sowie eine Steu ervorrichtung 110, die zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 einge richtet ist. Die Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 sind beispielhaft an einer Wand ei nes Gebäudes 300, beispielsweise eines Parkhauses, angeordnet. Die räumliche Anordnung der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 ist vorbestimmt, das heißt, dass beispielsweise Abstände der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 zueinander bekannt sind. In dem Bereich vor der Wand verläuft eine Fahrspur, auf der sich gerade ein Fahrzeug 210 befindet und mit einer bestimmten Geschwindigkeit V fortbewegt. Das Fahrzeug befindet sich zu nächst an einer ersten Position A. FIG. 8 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a fourth exemplary embodiment. The parking assistance system 100 comprises an ultrasonic sensor arrangement 1 arranged on a wall of a building 300, which is designed as described with reference to FIGS. The parking assistance system 100 also includes a protective device 16 arranged above the ultrasonic sensor arrangement 1. The protective device 16 is designed as a roof for the ultrasonic sensor arrangement 1 and provides a protected area 17 . The ultrasonic sensor arrangement 1 is therefore protected from rain 18 by the roof 16 . FIG. 9 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a fifth exemplary embodiment. In this example, parking assistance system 100 comprises six ultrasonic sensor arrangements 101-106, which are each designed as described with reference to FIGS. 1-4 and achieve the corresponding advantageous effects, and a control device 110, which is set up to activate ultrasonic sensor arrangements 101-106 . The ultrasonic sensor arrangements 101-106 are arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a multi-storey car park. The spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrangements 101 - 106 is predetermined, which means that, for example, the distances between the ultrasonic sensor arrangements 101 - 106 are known. A lane on which a vehicle 210 is currently located and is moving at a specific speed V runs in the area in front of the wall. The vehicle is initially at a first position A.
In dieser Position A wird das Fahrzeug 210 beispielsweise von den Ultraschallsensoranord nungen 101 , 102 und 104 erfasst. Die Ultraschallsensoranordnung 102 erfasst beispielswei se eine Reflexion des von der Ultraschallsensoranordnung 101 ausgesendeten Ultraschall- Signals 25 (siehe Fig. 10). Indem die von den Ultraschallsensoranordnungen 101 , 102 und 104 empfangenen Ultraschall-Signale gemeinsam betrachtet werden, kann auf die Position des Fahrzeugs 210 geschlossen werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels Multilateration. Es können auch Verfahren der Sensorfusion genutzt werden, um die von den mehreren Ult raschallsensoranordnungen 101 - 106 empfangenen Signale auszuwerten. In this position A, vehicle 210 is detected by ultrasonic sensor arrangements 101 , 102 and 104 , for example. The ultrasonic sensor arrangement 102 detects, for example, a reflection of the ultrasonic signal 25 emitted by the ultrasonic sensor arrangement 101 (see FIG. 10). The position of vehicle 210 can be inferred by considering the ultrasonic signals received by ultrasonic sensor arrangements 101 , 102 and 104 together. This is done, for example, by means of multilateration. Sensor fusion methods can also be used to evaluate the signals received from the plurality of ultrasonic sensor arrays 101-106.
Wenn sich das Fahrzeug 210 fortbewegt, bewegt es sich aus dem Bereich direkt vor der Ult raschallsensoranordnung 101 heraus und in den Bereich direkt vor der Ultraschallsensoran ordnung 102 hinein. Unter der Annahme einer konstanten Geschwindigkeit V des Fahrzeug 210 kann aus der Zeitdauer, die das Fahrzeug 210 benötigt, um von dem Bereich vor der ersten Ultraschallsensoranordnung 101 in den Bereich vor der zweiten Ultraschallsensoran ordnung 102 zu gelangen, die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs 210 ermittelt werden. Alter nativ kann die Geschwindigkeit V auch auf Basis einer Frequenzverschiebung des von der Ultraschallsensoranordnung 104 empfangenen Reflexionssignals 25 ermittelt werden. Wei- terhin kann von der Zeitdauer, die das Fahrzeug 210 den Bereich direkt vor der ersten Ultra schallsensoranordnung 101 belegt, und der Geschwindigkeit V auf eine Länge des Fahr zeugs 210 geschlossen werden. As the vehicle 210 moves, it moves out of the area directly in front of the ultrasonic sensor assembly 101 and into the area directly in front of the ultrasonic sensor assembly 102 . Assuming a constant speed V of vehicle 210, the speed V of vehicle 210 can be determined from the time it takes vehicle 210 to move from the area in front of first ultrasonic sensor arrangement 101 to the area in front of second ultrasonic sensor arrangement 102 . Alternatively, the speed V can also be determined on the basis of a frequency shift in the reflection signal 25 received by the ultrasonic sensor arrangement 104 . white Afterwards, the length of the vehicle 210 can be inferred from the length of time that the vehicle 210 occupies the area directly in front of the first ultrasonic sensor arrangement 101 and the speed V.
Indem mehrere Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 wie in der Fig. 9 dargestellt ver wendet werden, kann weiterhin die Trajektorie TR des Fahrzeugs 210 ermittelt werden. In diesem Beispiel fährt das Fahrzeug von der Position A entlang der Trajektorie TR zu der Po sition B, wobei es nacheinander durch einen jeweiligen Erfassungsbereich der verschiede nen Ultraschallsensoranordnungen 101 - 106 fährt. Auf Basis der dabei erfassten Sensor signale ist die Steuervorrichtung 110 dazu eingerichtet den Bewegungszustand, die Trajekto rie TR, eine Form und/oder eine Ausrichtung das Fahrzeugs 210 zu ermitteln. The trajectory TR of the vehicle 210 can also be determined by using a plurality of ultrasonic sensor arrangements 101-106 as shown in FIG. In this example, the vehicle travels from position A along trajectory TR to position B, successively traveling through a respective detection range of the various ultrasonic sensor arrays 101-106. On the basis of the sensor signals detected in the process, control device 110 is set up to determine the state of motion, the trajectory TR, a shape and/or an alignment of vehicle 210 .
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems 100 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst in diesem Beispiel vier Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104, die jeweils wie anhand der Fig. 1 - 4 be schrieben ausgebildet sind und die entsprechenden vorteilhaften Wirkungen erzielen, sowie eine Steuervorrichtung 110, die zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 eingerichtet ist. Die Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 sind beispielhaft an einer Wand eines Gebäudes 300, beispielsweise einer Garage, angeordnet. Die räumliche Anord nung der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 ist vorbestimmt. Dies ist diesem Ausfüh- rungsbeispiel durch das Koordinatensystem umfassend eine x- und eine y-Achse, verdeut licht. Die erste Ultraschallsensoranordnung 101 weist die Koordinaten (x1 , y1) auf. Die zwei te Ultraschallsensoranordnung 102 weist die Koordinaten (x2, y1) auf. Die dritte Ultra schallsensoranordnung 103 weist die Koordinaten (x3, y2) auf. Die vierte Ultraschallsenso ranordnung 104 weist die Koordinaten (x3, y3) auf. FIG. 10 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a sixth exemplary embodiment. In this example, parking assistance system 100 includes four ultrasonic sensor arrangements 101-104, which are each designed as described with reference to FIGS. 1-4 and achieve the corresponding advantageous effects, and a control device 110, which is set up to activate ultrasonic sensor arrangements 101-104. The ultrasonic sensor arrangements 101-104 are arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a garage. The spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrays 101-104 is predetermined. This is illustrated in this exemplary embodiment by the coordinate system comprising an x and a y axis. The first ultrasonic sensor arrangement 101 has the coordinates (x1, y1). The second ultrasonic sensor arrangement 102 has the coordinates (x2, y1). The third ultrasonic sensor arrangement 103 has the coordinates (x3, y2). The fourth ultrasonic sensor arrangement 104 has the coordinates (x3, y3).
In der Umgebung 200 der Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 befindet sich ein Objekt 210, beispielsweise ein Kraftfahrzeug. In diesem Beispiel sind mehrere Signalwege von aus gesendeten Ultraschall-Signalen 25 dargestellt. Um die Position, Ausrichtung und/oder Form des Kraftfahrzeugs 210 möglichst genau unter Verwendung der mehreren Ultraschallsenso- ranordnungen 101 - 104 zu ermitteln, ist die Steuervorrichtung 110 dazu eingerichtet, die Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 gemäß einer vorbestimmten Sequenz nacheinan der zum Aussenden eines jeweiligen Ultraschall-Signals 25 anzusteuern. Die Sequenz gibt beispielsweise vor, dass zu einem jeweiligen Zeitpunkt nur eine bestimmte Teilgruppe aller Ultraschallsensoranordnungen 101 - 104 angesteuert werden. In diesem Beispiel bilden die erste und dritte Ultraschallsensoranordnung 101 , 103 eine erste Gruppe und die zweite und vierte Ultraschallsensoranordnung 102, 104 bilden eine zweite Gruppe. An object 210, for example a motor vehicle, is located in the environment 200 of the ultrasonic sensor arrangements 101-104. In this example, several signal paths of ultrasonic signals 25 sent out are shown. In order to determine the position, orientation and/or shape of motor vehicle 210 as precisely as possible using the plurality of ultrasonic sensors rarrangements 101 - 104 to be determined, the control device 110 is set up to activate the ultrasonic sensor arrangements 101 - 104 one after the other in accordance with a predetermined sequence in order to emit a respective ultrasonic signal 25 . The sequence specifies, for example, that only a specific subgroup of all ultrasonic sensor arrangements 101-104 are activated at a given point in time. In this example, the first and third ultrasonic sensor arrays 101, 103 form a first group and the second and fourth ultrasonic sensor arrays 102, 104 form a second group.
Der Grund dafür ist, dass die zweite Ultraschallsensoranordnung 102 in Abhängigkeit der Position, Form und/oder Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 210 ein Reflexionssignal 25 des von der ersten Ultraschallsensoranordnung 101 ausgesendeten Ultraschall-Signals 25 empfängt. Umgekehrt gilt das gleiche. Entsprechendes gilt auch für die dritte und vierte Ultra schallsensoranordnung 103, 104. Durch die abwechselnde Ansteuerung kann ein jeweils empfangenes vorteilhaftes Signal eindeutig der aussendenden Ultraschallsensoranordnung zugeordnet werden. Es werden somit zusätzliche, für die Multilateration hilfreiche Informatio nen erfasst. The reason for this is that the second ultrasonic sensor arrangement 102 receives a reflection signal 25 of the ultrasonic signal 25 emitted by the first ultrasonic sensor arrangement 101 depending on the position, shape and/or alignment of the motor vehicle 210 . The same applies in reverse. The same also applies to the third and fourth ultrasonic sensor arrangement 103, 104. Due to the alternating activation, an advantageous signal that is received in each case can be unambiguously assigned to the transmitting ultrasonic sensor arrangement. Additional information that is helpful for multilateration is thus recorded.
In diesem Beispiel lassen sich beispielsweise die Punkte P1 - P4 des Kraftfahrzeugs 210 ermitteln. Damit ist die Form, die Ausrichtung und die Position des Kraftfahrzeugs 210 be reits bis auf wenige Freiheitsgrade bestimmt. In einem nächsten Messintervall (nicht darge stellt) senden die zweite und die vierte Ultraschallsensoranordnung 102, 104 jeweils ein Ult raschall-Signal 25 aus, wobei die erste und die dritte Ultraschallsensoranordnung 101 , 103 nur passiv zuhören. Nach dem zweiten Messintervall kann die Form, die Ausrichtung und die Position des Kraftfahrzeugs 210 noch weiter eingeschränkt werden. In this example, the points P1-P4 of the motor vehicle 210 can be determined, for example. The shape, the orientation and the position of the motor vehicle 210 are thus already determined with the exception of a few degrees of freedom. In a next measurement interval (not shown), the second and fourth ultrasonic sensor arrays 102, 104 each emit an ultra-sound signal 25, with the first and third ultrasonic sensor arrays 101, 103 only listening passively. After the second measurement interval, the shape, orientation, and position of motor vehicle 210 may be further restricted.
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht eines Parkassistenzsystems 100 gemäß einem sieb ten Ausführungsbeispiel. Das Parkassistenzsystem 100 umfasst in diesem Beispiel eine Ult raschallsensoranordnung 1 , die wie anhand der Fig. 1 - 4 beschrieben ausgebildet ist und die entsprechenden vorteilhaften Wirkungen erzielt, sowie eine Steuervorrichtung 110, die zum Ansteuern der Ultraschallsensoranordnung 1 eingerichtet ist. Die Ultraschallsensoran- Ordnung 1 ist beispielhaft an einer Wand eines Gebäudes 300, beispielsweise einer Garage, angeordnet. FIG. 11 shows a schematic view of a parking assistance system 100 according to a seventh exemplary embodiment. In this example, parking assistance system 100 includes an ultrasonic sensor arrangement 1, which is designed as described with reference to FIGS. The ultrasonic sensor Order 1 is arranged, for example, on a wall of a building 300, for example a garage.
In der Umgebung 200 der Ultraschallsensoranordnung 1 befindet sich ein Objekt 210, das in diesem Beispiel ein Auto mit einer eigenen Ultraschallsensoranordnung 211 ist. Die Ultra schallsensoranordnung 211 des Autos sendet beispielsweise ein Ultraschall-Signal 212 aus. Die Ultraschallsensoranordnung 1 des Parkassistenzsystems 100 empfängt das Ultraschall- Signal 212. Die Steuervorrichtung 110 ermittelt, dass es sich bei dem empfangenen Ultra schall-Signal 212 um das des Autos 210 handelt. Als Reaktion darauf veranlasst die Steuer vorrichtung 110 die Ultraschallsensoranordnung 1 dazu, nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Empfang des Ultraschall-Signals 212, ein eigenes Ultraschall-Signal 25 auszusenden, das von der Ultraschallsensoranordnung 211 des Fahrzeugs erfasst wer den kann. Beispielsweise kann das Auto 210 auf Basis des vorbestimmten Zeitintervalls und der Laufzeit des Ultraschall-Signals 25 einen Abstand zu der Ultraschallsensoranordnung 1 des Parkassistenzsystems 100 ermitteln. In the surroundings 200 of the ultrasonic sensor arrangement 1 there is an object 210 which in this example is a car with its own ultrasonic sensor arrangement 211 . The ultrasonic sensor arrangement 211 of the car emits an ultrasonic signal 212, for example. The ultrasonic sensor arrangement 1 of the parking assistance system 100 receives the ultrasonic signal 212. The control device 110 determines that the received ultrasonic signal 212 is that of the car 210. In response to this, the control device 110 causes the ultrasonic sensor arrangement 1 to emit its own ultrasonic signal 25 after a predetermined time interval after the receipt of the ultrasonic signal 212, which can be detected by the ultrasonic sensor arrangement 211 of the vehicle. For example, the car 210 can determine a distance from the ultrasonic sensor arrangement 1 of the parking assistance system 100 on the basis of the predetermined time interval and the transit time of the ultrasonic signal 25 .
Vorzugsweise umfasst das Ultraschall-Signal 25 eine kodierte Information, wie eine Position der Ultraschallsensoranordnung 1. Die kodierte Information kann beispielsweise unter Ver wendung eines Modulationsverfahrens durch das Ultraschall-Signal 25 übertragen werden. Das Auto 210 kann sich mit Hilfe der entsprechend übertragenen Information orientieren. The ultrasonic signal 25 preferably includes coded information, such as a position of the ultrasonic sensor arrangement 1. The coded information can be transmitted by the ultrasonic signal 25 using a modulation method, for example. The car 210 can orientate itself using the correspondingly transmitted information.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. BEZUGSZEICHENLISTE Although the present invention has been described using exemplary embodiments, it can be modified in many ways. REFERENCE LIST
1 Ultraschallsensoranordnung 1 ultrasonic sensor assembly
2 Ultraschallsensor 2 ultrasonic sensor
3 Blendenabschnitt 3 aperture section
4 Gehäuse 4 housing
5 Ultraschallmembran 5 ultrasonic membrane
6 Entkopplungsring 6 decoupling ring
7 Schallwandlerelement, Piezoelement 7 sound transducer element, piezo element
8 Entkopplungsdraht 8 decoupling wire
9 Kontaktstift 9 contact pin
10 Kontaktstift 10 contact pin
11 Leiterplatte 11 circuit board
12 elektronische Bauelemente 12 electronic components
13 Formteil 13 molding
14 Halterungen 14 mounts
15 Luftspalt 15 air gap
16 Schutzvorrichtung 16 protection device
17 geschützter Bereich 17 protected area
18 Regen 18 rain
24 Durchgangsöffnungen 24 through holes
25 Ultraschall-Signal 25 ultrasonic signal
26 Reflexionssignal 26 reflection signal
27 Strukturschwingungen 27 structural vibrations
28 Senderichtcharakteristik eines unverdeckten Ultraschallsensors28 Transmission directional characteristics of an uncovered ultrasonic sensor
29 Senderichtcharakteristik der verdeckten Ultraschallsensoranordnung29 Transmission directional characteristic of the concealed ultrasonic sensor arrangement
100 Parkassistenzsystem 100 parking assistance system
101 Ultraschallsensoranordnung 101 ultrasonic sensor array
102 Ultraschallsensoranordnung 102 ultrasonic sensor array
103 Ultraschallsensoranordnung 104 Ultraschallsensoranordnung103 ultrasonic sensor array 104 ultrasonic sensor array
105 Ultraschallsensoranordnung105 ultrasonic sensor array
106 Ultraschallsensoranordnung 110 Steuervorrichtung 200 Umgebung 106 ultrasonic sensor arrangement 110 control device 200 environment
210 Objekt 211 Ultraschallsensoranordnung 212 Ultraschall-Signal 300 Gebäude 210 object 211 ultrasonic sensor array 212 ultrasonic signal 300 building
A Position A location
B Position B position
P1 Position P1 position
P2 Position P3 Position P4 Position V Bewegung x Koordinatenachse x1 Koordinate x2 Koordinate x3 Koordinate y Koordinatenachse yi Koordinate y2 Koordinate y3 Koordinate P2 position P3 position P4 position V movement x coordinate axis x1 coordinate x2 coordinate x3 coordinate y coordinate axis yi coordinate y2 coordinate y3 coordinate

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Parkassistenzsystem (100), aufweisend: mindestens eine ortsfest angeordnete Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106), wo bei die Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) einen Ultraschallsensor (2) mit einem Ge häuse (4), eine von dem Gehäuse (4) mechanisch entkoppelte Ultraschallmembran (5), ein Schallwandlerelement (7) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultra schallmembran (5) und einen vor der Ultraschallmembran (5) angeordneten Blendenab schnitt (3) aus einem akustischen Metamaterial umfasst, und eine mit der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) gekoppelte Steuervorrichtung (110), die dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) zum Aussen den und/oder Empfangen eines Ultraschall-Signals (25) anzusteuern. 1. Parking assistance system (100), comprising: at least one stationary ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106), where the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) has an ultrasonic sensor (2) with a housing (4), one of the housing (4) mechanically decoupled ultrasonic membrane (5), a sound transducer element (7) for exciting and detecting vibrations in the ultrasonic membrane (5) and a panel section (3) made of an acoustic metamaterial arranged in front of the ultrasonic membrane (5), and one with the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) coupled control device (110), which is set up to control the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) to emit and/or receive an ultrasonic signal (25).
2. Parkassistenzsystem nach Anspruch 1 , wobei das akustische Metamaterial der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) ein breitbandiges akustisches Metamaterial ist, das von Ultraschallwellen mindestens in einem Einfallswinkelbereich nichtresonant durchtunnelbar ist. 2. Parking assistance system according to claim 1, wherein the acoustic meta-material of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101-106) is a broadband acoustic meta-material through which ultrasonic waves can be tunneled non-resonantly at least in an angle of incidence range.
3. Parkassistenzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das akustische Metamaterial der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) aus einem schallharten Grundmaterial ausgebildet ist, in dem ein Gitter aus mehreren Durch gangsöffnungen (24) ausgebildet ist. 3. Parking assistance system according to one of the preceding claims, wherein the acoustic meta-material of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101-106) is formed from a reverberant base material in which a grid of a plurality of through-openings (24) is formed.
4. Parkassistenzsystem nach Anspruch 3, wobei ein Durchmesser einer jeweiligen Durchgangsöffnung (24) kleiner als eine Wel lenlänge der von der Ultraschallmembran (5) auszusendenden und zu empfangenden Ultra schallwellen ist. 4. Parking assistance system according to claim 3, wherein a diameter of a respective through-opening (24) is smaller than a wavelength of the wavelength of the ultrasonic membrane (5) to be emitted and received by ultrasonic waves.
5. Parkassistenzsystem nach Anspruch 4, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffnungen (24) des Gitters größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnungen (24) und kleiner als die Wellenlänge der von der Ultraschallmembran (5) auszusendenden und zu empfangenden Ultraschallwel len ist. 5. Parking assistance system according to claim 4, wherein a distance between two adjacent through-openings (24) of the grating is greater than the diameter of the through-openings (24) and smaller than the wavelength of the ultrasonic membrane (5) to be emitted and received.
6. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) ferner umfasst: ein Formteil (13), an dem der Ultraschallsensor (2) derart angebracht ist, dass die Ult raschallmembran (5) dem Formteil (13) zugewandt ist, und das Formteil (13) in einem Abschnitt vor der Ultraschallmembran (5) den Blendenab schnitt (13) aus dem akustischen Metamaterial umfasst. 6. Parking assistance system according to one of claims 1 to 5, wherein the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) further comprises: a molded part (13) to which the ultrasonic sensor (2) is attached in such a way that the ultrasonic membrane (5) the molded part (13) faces, and the molded part (13) in a section in front of the ultrasonic membrane (5) comprises the aperture section (13) made of the acoustic metamaterial.
7. Parkassistenzsystem nach Anspruch 6, wobei der Ultraschallsensor (2) der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) dadurch an dem Formteil (13) angebracht ist, dass eine Außenwand des Gehäuses (4) des Ultra schallsensors (2) mit einer Halterung (14) verbunden ist und die Halterung (14) in einem Be reich außerhalb des Blendenabschnitts (3) an dem Formteil (13) befestigt ist, wobei eine Oberfläche der Ultraschallmembran (5) parallel zu dem Formteil (13) hinter dem Blendenabschnitt (3) des Formteils (13) angeordnet ist. 7. Parking assistance system according to claim 6, wherein the ultrasonic sensor (2) of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) is attached to the molded part (13) in that an outer wall of the housing (4) of the ultrasonic sensor (2) is provided with a holder ( 14) and the holder (14) is attached to the molded part (13) in a region outside the panel section (3), with a surface of the ultrasonic membrane (5) parallel to the molded part (13) behind the panel section (3) of the molded part (13) is arranged.
8. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ultraschallmembran (5) der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) an dem Blendenabschnitt (3) anliegt. 8. Parking assistance system according to one of claims 1 to 7, wherein the ultrasonic membrane (5) of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) rests on the panel section (3).
9. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ultraschallmembran (5) der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) und der Blendenabschnitt (3) mechanisch voneinander entkoppelt sind. 9. Parking assistance system according to one of claims 1 to 8, wherein the ultrasonic membrane (5) of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101-106) and the aperture section (3) are mechanically decoupled from one another.
10. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Schutzvorrichtung (16) vorgesehen ist, die gemeinsam mit der Ultra schallsensoranordnung (1 , 101 - 106) ortsfest angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) von externen Einflüssen (18) abzuschirmen. 10. Parking assistance system according to one of claims 1 to 9, a protective device (16) being provided which is stationarily arranged together with the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) and which is set up to shield the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) from external influences (18).
11. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuervorrichtung (110) ferner dazu eingerichtet ist, auf Basis eines von der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) empfangenen Ultraschall-Signals (25, 26, 211) ein Objekt (210) in der Umgebung (200) der Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) zu ermitteln. 11. Parking assistance system according to one of claims 1 to 10, wherein the control device (110) is further set up to detect an object (210 ) in the area (200) of the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) to determine.
12. Parkassistenzsystem nach Anspruch 11 , wobei die Steuervorrichtung (110) ferner dazu eingerichtet ist, auf Basis einer Doppler- Frequenzverschiebung des empfangenen Ultraschall-Signals (25, 26) und/oder auf Basis von wenigstens zwei zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangenen Ultraschall-Signalen (25, 26) einen Bewegungszustand des ermittelten Objekts (210) zu ermitteln. 12. Parking assistance system according to claim 11, wherein the control device (110) is further set up to based on a Doppler frequency shift of the received ultrasonic signal (25, 26) and / or based on at least two ultrasonic signals received at different times ( 25, 26) to determine a state of motion of the determined object (210).
13. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Parkassistenzsystem (100) eine Mehrzahl an Ultraschallsensoranordnungen (1 , 101 - 106) umfasst, die in einer vorbestimmten räumlichen Anordnung ortsfest angeord net sind, wobei die Steuervorrichtung (110) zum Ermitteln einer Position und/oder einer Aus richtung und/oder einer Form eines in der Umgebung (200) der Ultraschallsensoranordnun gen (1 , 101 - 106) angeordneten Objekts (210) in Abhängigkeit von wenigstens zwei von unterschiedlichen Ultraschallsensoranordnungen (1 , 101 - 106) der Mehrzahl empfangener Ultraschall-Signale (25, 26) und der vorbestimmten räumlichen Anordnung der Ultra schallsensoranordnungen (1 , 101 - 106) eingerichtet ist. 13. Parking assistance system according to one of claims 1 to 12, wherein the parking assistance system (100) comprises a plurality of ultrasonic sensor arrangements (1, 101 - 106) which are stationary angeord net in a predetermined spatial arrangement, the control device (110) for determining a Position and/or an alignment and/or a shape of an object (210) arranged in the vicinity (200) of the ultrasonic sensor arrangements (1, 101 - 106) depending on at least two of different ultrasonic sensor arrangements (1, 101 - 106) of the Multiple received ultrasonic signals (25, 26) and the predetermined spatial arrangement of the ultrasonic sensor arrays (1, 101 - 106) is set up.
14. Parkassistenzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Parkassistenzsystem (100) ferner dazu eingerichtet ist, ein von einer Ultra schallsensoranordnung (211) eines Fahrzeugs (210) ausgesendetes Ultraschall-Signal (212) zu empfangen, und wobei die Steuervorrichtung (110) dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf das empfangene Ultraschall-Signal (212) die Ultraschallsensoranordnung (1 , 101 - 106) zum Aussenden eines weiteren Ultraschall-Signals (25) mit vorbestimmten Eigenschaften in Ab hängigkeit des empfangenen Ultraschall-Signals (212) anzusteuern. 14. Parking assistance system according to one of claims 1 to 13, wherein the parking assistance system (100) is further set up to receive an ultrasonic signal (212) emitted by an ultrasonic sensor arrangement (211) of a vehicle (210), and wherein the control device ( 110) is set up to respond to the received ultrasonic signal (212) to control the ultrasonic sensor arrangement (1, 101 - 106) for emitting a further ultrasonic signal (25) with predetermined properties depending on the received ultrasonic signal (212).
15. Gebäude (300), insbesondere Parkgarage, mit wenigstens einer Parkfläche für ein15. Building (300), in particular parking garage, with at least one parking space for a
Kraftfahrzeug und mit einem Parkassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14. Motor vehicle and having a parking assistance system (100) according to one of Claims 1 to 14.
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