WO2025214745A1 - Verfahren zur lagebestimmung unter verwendung eines ultraschallsensorsystems, vorrichtung zur lagebestimmung und computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zur lagebestimmung unter verwendung eines ultraschallsensorsystems, vorrichtung zur lagebestimmung und computerprogrammprodukt

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WO2025214745A1
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ultrasonic
ultrasonic sensor
reflection
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Philipp Maurer
Fabian Haag
Bastian Hafner
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining position using an ultrasonic sensor system, in particular for use in a vehicle, a device for determining position and a corresponding computer program product.
  • Ultrasonic sensors typically integrated into the bodywork, designed to assist the driver in the timely detection of obstacles in the vehicle's path, particularly in areas poorly visible to the driver, as well as in estimating the distance of obstacles.
  • the functionality of such an ultrasonic sensor is based on the transmission of ultrasonic signals and the detection of echoes of the transmitted ultrasonic signals emanating from obstacles that may be within the sensor's detection range.
  • the ultrasonic pulses generated for this purpose can have a temporally constant frequency.
  • Approaches with temporally variable frequencies (“chirps") and multiple separate transmission and reception channels (e.g., through frequency division multiplexing) are also known.
  • Ultrasonic sensors are used today in a wide variety of applications, ranging from parking aids to assistance systems for blind spots ("dead-spot detection"). In the field of autonomous driving in urban environments ("urban driving"), ultrasonic sensors have so far been used only rarely. The reason for this is, on the one hand, the desire for higher-performance systems, especially in partially or fully automated driving, but also the limitation of the range in combination with the sampling rate of the ultrasonic sensors, which is limited by the speed of sound.
  • the speed of sound largely determines the range and sampling rate of an ultrasonic sensor. Ranges of up to 10 m are already conceivable with ultrasonic sensors in the automotive sector. Due to the speed of sound, such a measurement with an ultrasonic sensor takes just 60 ms under normal conditions. In an optimal case, this would allow 16 measurements per second. If multiple sensors are used in a system and multiple measurement steps are required for full system coverage, the measurement rate for the complete system typically drops to 5-8 updates per second. Every ultrasonic sensor generates data with each measurement that must be processed. However, only the nearest object that could interfere with a maneuver is relevant to the vehicle. Objects behind it therefore generally play a minor role at best. The data generated by the ultrasonic sensors therefore contains unnecessary information.
  • the invention is based on the object of proposing an optimized method for determining position that increases the efficiency of position determination.
  • the objects underlying the invention are achieved by the features of the independent patent claims. Embodiments are specified in the dependent patent claims.
  • the ultrasonic sensor system comprises at least one ultrasonic sensor.
  • the method comprises the following steps:
  • the time t e of receiving the at least one reflection signal is less than a predetermined threshold time after the time t s , carrying out a measurement adjustment at a time which is based on the threshold time cid or the time t e , wherein o the measurement adjustment either comprises shortening the time window for receiving reflection signals and repeating the steps of generating the control signal for emitting a further ultrasonic signal and receiving a further reflection signal for a further position determination or o the measurement adjustment comprises discarding the data received by the at least one ultrasonic sensor after the time defined by the threshold time or the time t e until the end of the time window.
  • the ultrasonic sensor system In a first step, the ultrasonic sensor system generates a control signal for transmitting an ultrasonic signal at a time t s .
  • the signal can be generated in particular by a control unit or another suitable control unit of the ultrasonic sensor system.
  • an ultrasonic transmitting device is preferably used. This can be, for example, a dynamic and electrostatic loudspeaker, a piezo loudspeaker, or generally an ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transmitting device can be implemented as part of the ultrasonic sensor system or as an external device.
  • the ultrasonic transmitting device can be communicatively connected to the ultrasonic sensor system, for example, via a plug-and-play connection or in another way, in order to receive the generated control signal for transmitting the ultrasonic signal.
  • the at least one ultrasonic sensor of the ultrasonic sensor system is configured to receive a reflected signal.
  • the at least one ultrasonic sensor therefore opens at least one channel through which it listens for ultrasonic signals in its surroundings.
  • a reflection signal is also an ultrasonic signal.
  • transmitted signals are referred to as ultrasonic signals
  • received signals are referred to as reflection signals.
  • a measurement adjustment is performed.
  • the measurement adjustment is performed at a time based on the threshold time or the time t e . This can be the threshold time or the echo time itself, or the threshold time or the echo time plus a buffer period of a few milliseconds (e.g., 1 ms - 5 ms).
  • the measurement adjustment can involve one of two measures for an ultrasonic sensor and/or a receiving channel.
  • a first option for adjusting the measurement is to shorten the time window for receiving reflection signals and then generate a control signal to transmit another ultrasonic signal. This adjustment can reduce the time required for the position measurement (e.g., position or distance determination), which in turn corresponds to a higher sampling rate.
  • the ultrasonic sensor system does not wait for potentially irrelevant objects further away to be detected during each measurement cycle. Instead, the measurement is restarted upon detection of the object after the threshold time has been reached.
  • the higher sampling rate can increase the precision of the position determination. Any measurement tolerances of the individual ultrasonic sensors can be reduced by performing a larger number of measurements. This is particularly important for short distances.
  • the higher sampling rate also enables a faster response time. If a vehicle uses autonomous or semi-autonomous driving functions, it can A higher sampling rate allows them to react more quickly to avoid potential hazards or handle critical situations. This also increases vehicle safety. The same applies to other machines or tools that use autonomous or automated processes that use ultrasound to determine distances or positions.
  • the second option for measurement adjustment consists in discarding the data acquired by at least one ultrasonic sensor after receiving the reflection signal and after reaching the threshold time or after time t e . This can also be understood as occurring immediately after reaching the threshold time or after the echo time t e itself, or after reaching the threshold time or the echo time plus a buffer period of a few milliseconds (e.g., 1 ms - 5 ms).
  • the received reflection signal indicates that an object is within a certain proximity to at least one ultrasonic sensor. Additional reflection signals, which would only be attributable to more distant objects, can be ignored. They do not need to be transmitted to an evaluation or control unit, which reduces both the bandwidth required for transmitting the measured values and the computing resources required for evaluating the measured values.
  • the ultrasonic sensor system can be equipped with its own control unit, which is configured to monitor the at least one ultrasonic sensor to determine whether a reflection signal is being received.
  • the control unit for detecting the information as to whether a reflection signal has been detected can be different from a control unit that, for example, determines the distance of the object to be detected from the travel time and/or determines whether the measurement adjustment needs to be performed.
  • the control unit can preferably be an integrated circuit, a control unit, or a dedicated computing unit with a processor.
  • the ultrasonic sensor system comprises multiple channels, wherein the measurement adjustment occurs only when a presence of the object has been validated by reflection signals on at least two of the channels.
  • Ultrasonic sensors (or the systems used for them) are no different.
  • An ultrasonic sensor (or system) can essentially make two errors. The first error is the false detection of a reflection signal that does not exist (false positive). The second error is the failure to detect a reflection signal that should have been detected (false negative).
  • the use of different channels on which reflection signals are received can counteract a false negative detection of a reflection signal, since At least a second receiving channel must validate the reflection signal received by the first receiving channel.
  • the probability of a false positive reflection signal is significantly higher than the probability of a false negative signal. This is because there are many sources of interference that can be mistakenly identified as a reflection signal. Therefore, more false reflection signals tend to be detected than true reflection signals are missed.
  • Validating a reflection signal by at least one additional receiving channel can therefore reduce the overall error rate of the ultrasonic sensor system.
  • the ultrasonic sensor system comprises a plurality of the ultrasonic sensors and each of the ultrasonic sensors has at least one of the channels, wherein the generation of the control signal for emitting an ultrasonic signal and the corresponding reception of a reflection signal is performed for a plurality of the ultrasonic sensors, wherein the measurement adjustment is performed only when a presence of the object has been validated by reflection signals using at least two of the ultrasonic sensors.
  • an ultrasonic sensor may monitor its environment for signals on more than one channel. Therefore, interference may occur on multiple channels, resulting in false detection even if validation of a reflection signal is provided on at least two channels in the same ultrasonic sensor. Validating the reflection signal with a second ultrasonic sensor therefore advantageously reduces the probability of false detections due to interference on multiple channels simultaneously.
  • the steps of generating the control signal for transmitting the further ultrasonic signal and receiving the further reflection signal for the further position determination are carried out immediately after the end of the shortened time window.
  • the position determination (or, analogously, the position determination of the object) can be performed. This implicitly means that the unit performing the position determination must receive a signal to do so, otherwise it will wait until the end of the original time window. In this embodiment, the unit for determining the position is therefore activated from the measurement data in order to actually determine the position, e.g., the object distance or position, earlier.
  • the buffer time after receiving the reflected signal can be used to ensure that the received signal has been fully received. This could be essential for subsequent analysis for accurate location determination and signal validation.
  • the threshold time is less than 40%, preferably less than 30% or 20% of the duration of the unabridged time window.
  • the time window should not be chosen too short to allow validation by receiving multiple, consecutive reflection signals from the same object at constant time intervals. These signals can be derived from ultrasonic signals that may have been transmitted by different ultrasonic transmitters. These later signals can be used to validate the first reflection signal. The above values therefore represent good compromises for establishing predefined thresholds.
  • the threshold time point should not be chosen too long.
  • the measurement adjustment should be performed when the effect it achieves has a sufficient impact.
  • An example can illustrate this.
  • the ultrasonic sensor system registers a reflection signal a few moments before the time window for detection would close anyway. Performing a measurement adjustment at this time point could result in the bandwidth saved by not transmitting the discarded measured values or the advantage of the higher sampling rate when shortening the time window being too small to justify the computational effort of the measurement adjustment. In the worst case, the measurement adjustment could even require more computational effort than processing the collected data. For this reason, choosing a threshold time point smaller than 40%, preferably smaller than 30% or 20%, than the duration of the unshortened time window could be advantageous. Conversely, the threshold time point should be greater than 10% of the duration of the unshortened time window.
  • the generation of the control signal, the reception of the reflection signal and the measurement adjustment take place in one measurement cycle and the measurement cycle is carried out cyclically, wherein the method further comprises a comparison of the position of the object which was determined for reflection signals in successive measurement cycles, wherein the measurement adjustment is reversed if the comparison results in a deviation of the position from one another greater than a predetermined deviation value or a reflection signal is no longer received, e.g. in a subsequent measurement cycle.
  • Environmental monitoring is based, in particular, on the fundamental assumption of plausibility.
  • a detected object can only move at a limited speed in the environment.
  • the time window for receiving reflected signals also shortens.
  • the travel times also become longer again. Comparing the travel times of reflection signals, for example, places them in a temporal context.
  • the temporal change can be used to determine whether the object is moving. If no more reflection signals are received, it is possible that the object has moved out of the field of view of the ultrasonic sensor, for example, laterally. Another possibility is that the object has moved away and the reflection signal is included in the previously discarded measurement data. In any case, by resetting the time window and thus reversing the measurement adjustment, even more distant objects can be reliably detected.
  • the ultrasonic sensor system comprises a control unit, wherein the control unit performs the generation of the control signal, receives the reflection signal and performs the measurement adjustment.
  • a control unit in the ultrasonic sensor system advantageously allows the method to be implemented using a plug-and-play system.
  • the host system such as a vehicle, does not require complex adjustments to the method, for example, by separately procuring and configuring a suitable control unit. It is sufficient to use the ultrasonic sensor system as such to implement the method.
  • control unit is integrated into the at least one ultrasonic sensor or is part of a central control unit for a plurality of ultrasonic sensors.
  • Control units integrated directly into the ultrasonic sensor(s) allow the decision as to whether or not to perform a measurement adjustment to be made directly within the sensor, without the need to transfer data from one subsystem to another. This can, for example, reduce the bandwidth required for the communication connection. In particular, no signals for measurement adjustment need to be transmitted to the ultrasonic sensors, so this direction of communication can be eliminated.
  • each of the ultrasonic sensors comprises its own control unit that performs the measurements.
  • the control units are preferably independently capable of reversing the measurement adjustments.
  • Central coordination of measurement adjustments by a central control unit advantageously allows validation of reflection signals from multiple ultrasonic sensors to be performed centrally. Once a reflection signal has been validated, the central control unit can generate a measurement adjustment signal and send it to all ultrasonic sensors.
  • a central control unit offers the advantage that fewer control units are required overall, which reduces the cost of the ultrasonic sensor system.
  • the invention relates to a computer program product, in particular a computer-readable storage medium, wherein the computer program product comprises computer-executable code, wherein the code is executable by at least one processor of a computer device in order to cause the computer device to carry out the method as described above.
  • the invention relates to a device for determining position using an ultrasonic sensor system comprising at least one ultrasonic sensor, the device comprising:
  • aspects of the present invention may be embodied as a device, method, or computer program or computer program product. Accordingly, aspects of the present invention may take the form of a pure hardware embodiment, a pure software embodiment (including firmware, in-memory software, microcode, etc.), or an embodiment combining software and hardware aspects, all of which may be generally referred to herein as a "circuit,””module,"”unit,” or “system.” Furthermore, aspects of the present invention may take the form of a computer program product carried by one or more computer-readable media in the form of computer-executable code. A computer program also includes the computer executable code. "Computer executable code" may also be referred to as "computer program instructions.”
  • the computer-readable medium may be a computer-readable signal medium or a computer-readable storage medium.
  • the computer-readable storage medium may be referred to as a computer-readable non-transitory storage medium.
  • the computer-readable storage medium may also be referred to as a tangible computer-readable medium.
  • a computer-readable storage medium may also be capable of storing data that allows it to be accessed by the processor of a computing device.
  • Examples of computer-readable storage media include, but are not limited to: a floppy disk, a magnetic hard disk, a solid-state hard disk, flash memory, a USB flash drive, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), an optical disk, a magneto-optical disk, and the processor's register file.
  • Examples of optical discs include compact discs (CDs) and digital versatile discs (DVDs), for example, CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW, or DVD-R discs.
  • the term computer-readable storage medium also refers to various types of recording media suitable for being accessed by the computing device over a network or communications link.
  • data may be accessed via a modem, over the Internet, or over a local area network.
  • Computer-executable code embodied on a computer-readable medium may be transmitted over any suitable medium, including, but not limited to, wireless, wired, fiber optic, RF, etc., or any suitable combination of the foregoing media.
  • a computer-readable signal medium may include a propagated data signal containing the computer-readable program code, for example, in a baseband signal or as part of a carrier signal (carrier wave). Such a propagated signal may be in any form, including, but not limited to, an electromagnetic form, an optical form, or any suitable combination thereof.
  • a computer-readable signal medium may be any computer-readable medium other than a computer-readable storage medium that can transmit, disseminate, or transport a program for use by or in connection with an instruction-executing system, device, or apparatus.
  • Computer memory or “memory” is an example of a computer-readable storage medium.
  • Computer memory is any memory directly accessible by a processor.
  • Computer data storage or “data storage” are further examples of a computer-readable storage medium.
  • Computer data storage is any non-transitory computer-readable Storage medium.
  • a computer memory may also be a computer data storage, or vice versa.
  • a "processor,” as used herein, includes an electronic component capable of executing a program- or machine-executable instruction or computer-executable code.
  • Reference to the computing device including a "processor” should be interpreted to potentially include more than one processor or processing cores.
  • the processor may, for example, be a multi-core processor.
  • a processor may also refer to a collection of processors within a single computer system or distributed across multiple computer systems.
  • the term computing device and the term computer should also be interpreted to possibly refer to a collection or network of computing devices or computers, each including one or more processors.
  • the computer-executable code may be executed by multiple processors, which may be within the same computing device or even distributed across multiple computers.
  • Computer-executable code may comprise machine-executable instructions or a program that causes a processor to perform an aspect of the present invention.
  • Computer-executable code for performing operations for aspects of the present invention may be written in any combination of one or more programming languages, including an object-oriented programming language such as Java, Smalltalk, C++, or the like, and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages, and translated into machine-executable instructions.
  • the computer-executable code may be in the form of a high-level programming language or in a pre-translated form and used in conjunction with an interpreter that generates the machine-executable instructions.
  • the computer executable code may run entirely on a user's computer, partially on the user's computer, as a standalone software package, partially on the user's computer and partially on a remote computer, or entirely on the remote computer or server.
  • the remote computer may be connected to the user's computer through any type of network, including a local area network (LAN) or a wide area network (WAN), or the connection may be made to an external computer (for example, over the Internet using an Internet service provider).
  • LAN local area network
  • WAN wide area network
  • Internet service provider for example, over the Internet using an Internet service provider
  • the computer program instructions may be executed on one or more processors. In the case of multiple processors, these instructions may be distributed across several different entities (e.g., clients, servers). Each processor could have a execute the portion of the instructions intended for the respective entity. Therefore, when referring to a system or method that encompasses multiple entities, the computer program instructions are understood to be adapted to be executed by a processor assigned to or associated with the respective entity.
  • These computer program instructions may be provided to a processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing device to produce a device such that the instructions executed via the processor of the computer or other programmable data processing device produce means for performing the functions/steps specified in the block or blocks of the flowchart illustrations and/or block diagrams.
  • These computer program instructions may also be stored on a computer-readable medium that can direct a computer or other programmable data processing apparatus or other apparatus to function in a particular manner such that the instructions stored on the computer-readable medium produce a manufactured article, including instructions that implement the function/step specified in the block or blocks of the flowcharts and/or block diagrams.
  • the computer program instructions may also be stored on a computer, other programmable data processing apparatus, or other devices to cause execution of a series of process steps on the computer, other programmable data processing apparatus, or other devices to produce a computer-executed process, such that the instructions executing on the computer or other programmable devices produce methods for implementing the functions/steps defined in the block or blocks of flowcharts and/or block diagrams.
  • Figure 1 schematically shows the sequence of the method for determining the position according to an embodiment
  • Figure 2 schematically shows an embodiment of an ultrasonic sensor system
  • Figure 3 shows the exemplary and schematic course of a reflection signal received by an ultrasonic sensor.
  • the method begins in step S10 by generating a signal for transmitting an ultrasonic signal.
  • the signal is generated by a control unit that is communicatively connected to an ultrasonic transmitting device.
  • the ultrasonic transmitting device can, for example, be a suitably modulated ultrasonic sensor or a piezo element explicitly provided for this purpose.
  • the ultrasonic signal is then transmitted by the ultrasonic transmitting device at a time t s .
  • the ultrasonic signal After being transmitted, the ultrasonic signal travels through space at the speed of sound until it encounters an obstacle, where it is reflected as a reflection signal. During this time, the ultrasonic sensor system waits for a reflection signal to be received by at least one ultrasonic sensor. For this purpose, a time window is opened by the ultrasonic sensor system listening for reflection signals with one or more ultrasonic sensors on one or more channels. In step S12, the reflection signal is finally received at a time t e .
  • the position e.g., the distance to the object from which the reflection signal was reflected
  • the propagation time of the reflection signal i.e., t e - t s .
  • the determined position or distance can be used for a variety of applications. These include, for example, parking aids for autonomous or semi-autonomous driving functions of a vehicle or the control of robot arms in a production facility.
  • a measurement adjustment is performed at a time based on a predetermined threshold time or the time t e , provided that the time t e of receiving the at least one reflection signal is less than the threshold time after the time t s .
  • the measurement adjustment can comprise one of two possible measures, which are illustrated in Figure 1 as step S16a and step S16b.
  • step S16a the time window for detecting a reflection signal is shortened, i.e., in particular, the detection of (further) reflection signals is aborted, whereupon the method immediately returns to step S10, in which a new signal is generated to transmit another ultrasonic signal.
  • This speeds up the method, and multiple position determinations can be performed in the same time. This, in turn, increases the scanning rate with which the environment is searched for objects. Higher sampling rates allow, among other things, a higher (temporal) resolution of the objects, which allows not only the position of an object but also its speed to be determined very precisely. This is particularly important for predicting the object's movements.
  • step S16b the data generated by one or more ultrasonic sensors are ignored after the time defined by the threshold time or after the time t e .
  • This data is used neither for position determination nor in any other way, so it no longer plays a role in the method. Ignoring this data conserves the bandwidth of the data transmission within the ultrasonic sensor system, in particular from the respective ultrasonic sensor to a control unit. Since less data needs to be transmitted, fewer computational steps are required to execute the method, thereby reducing the energy consumption for position determination.
  • the two possibilities can also be carried out in parallel if the ultrasonic sensor system uses at least two ultrasonic sensors to receive reflection signals by applying step S16a for sensor 1 and step S16b for sensor 2.
  • the ultrasonic sensor system can, for example, be further configured to perform the position determination only after the reflection signal has been validated on a second channel and/or with a second ultrasonic sensor. This can be illustrated by a concrete example.
  • a reflection signal is received on a first channel.
  • the data generated after receiving the reflection signal in the first channel is ignored according to step S16b. This data is no longer required.
  • a second channel can still be open until a reflection signal is received there as well. If a reflection signal is then received on the second channel and the reflection signal is thus validated, the time windows for receiving reflection signals on both channels can be closed. The position determination can be performed, and the method can begin again with step S10, the generation of a signal for transmitting an ultrasonic signal.
  • the ultrasonic sensor system can use multiple channels and/or ultrasonic sensors combined into groups. These groups can then also undergo joint measurement adjustments.
  • Figure 2 schematically shows an exemplary configuration of an ultrasonic sensor system 10.
  • the illustrated ultrasonic sensor system 10 comprises four ultrasonic sensors 12a, 12b, 12c and 12d, which are configured to detect ultrasound and transmit it as electrical signals in analog or digital form to a control unit 14.
  • the control unit 14 comprises several modules for processing the data.
  • a first module 16 is configured to generate a signal for emitting an ultrasonic signal 18.
  • the ultrasonic signal 18 can be generated, for example, by an ultrasonic transmitting device 20, in particular a piezo element.
  • a second module 26 of the control unit 14 is configured to determine the distance to the object 22, or generally its position or orientation relative to the respective ultrasonic sensor, from the propagation times of the reflection signals 24 or from the difference between the times of transmission of the ultrasonic signal 18 and reception of the reflection signal 24.
  • the ultrasonic sensors 12b and 12c are positioned closer to the object 22 than the ultrasonic sensors 12a and 12d.
  • the difference in distance results in a difference in the propagation time of the reflection signals 24.
  • the object 22 is positioned in space, not only the distance to the object but also the direction to the object can be determined from the different propagation times.
  • predictions can be made about the future behavior of the object 22. This can be useful, for example, in traffic monitoring when the ultrasonic sensor system 10 is installed in a vehicle and the proposed method is used for environmental monitoring.
  • the predictions can use autonomous or semi-autonomous driving functions for vehicle control or driver assistance.
  • the control unit 14 further includes a third module 28, which the control unit can use to make measurement adjustments for the ultrasonic sensors 12a, 12b, 12c, and 12d.
  • the module 28 is configured to inform the ultrasonic sensors 12a, 12b, 12c, and 12d that the additional data can be ignored for the remainder of a defined time window. Additionally or alternatively, the module 28 can be configured to send a signal to the module 16, causing the module 16 to again send a signal to transmit an ultrasonic signal 18 to the ultrasonic transmitting device 20.
  • the control unit 14 may further comprise a fourth module 30 configured to control the remaining modules.
  • the module 30 may, for example, start or stop the position determination method, depending on the task of the ultrasonic sensor system. For example, in a vehicle, it is not necessary in all scenarios to to continuously detect the distance to rear objects. The method can be limited to reversing the vehicle. Module 30 can therefore be a communication interface with another system not shown here.
  • Figure 3 shows an example of the amplitude A curve of an example signal received by an ultrasonic sensor when used for position measurement.
  • a first time range 32 an ultrasonic signal is emitted by an ultrasonic transmitting device at a time t s .
  • the signal not only propagates outside the ultrasonic sensor system but can also be detected by the ultrasonic sensor due to internal system vibrations. Time range 32 can therefore be ignored for data analysis, which is indicated by hatching.
  • time range 34 which begins at a threshold time after the time t s and ends with the end of the measurement cycle.
  • the ultrasonic sensor receives a signal reflected from an object in the vicinity of the ultrasonic sensor system.
  • the amplitude of the reflected signal is lower than the originally emitted signal.
  • the ultrasonic sensor system used here is configured to receive at least one further echo of the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic sensor system is configured to transmit more than one ultrasonic signal, in particular by means of at least two ultrasonic transmitting devices, multiple reflection signals will also be received.
  • Figure 3 shows these additional reflection signals at times t' e and t" e , respectively.
  • the reflection signal at time t' e can be used, for example, to validate the first reflection signal.
  • the third reflection signal at time t" e is then not required, so that the data from the ultrasonic sensor can be discarded after time t' e , possibly plus a buffer time.
  • the time t e or t' e of receiving the reflection signal is less than the predetermined threshold time after the time t s , i.e., before the range 34, a measurement adjustment is now performed at a time based on the threshold time.
  • the time of the measurement adjustment corresponds to the threshold time.
  • the logic is the same for the following explanations.
  • measurement data obtained after the threshold time point is discarded for the remaining process, such as signal evaluation.
  • the measurement cycle begins again after the expiration of period 34.
  • the ultrasonic sensor system can be designed to generate a new ultrasonic signal immediately at the threshold time, i.e. to end the measurement cycle at the beginning of the period designated by reference numeral 34 and then immediately start a new measurement cycle.

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Abstract

Verfahren zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems (10) umfassend zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Erzeugen eines Steuersignals (S10) zum Aussenden eines Ultraschallsignals (18) zu einem Zeitpunkt (ts); - Empfang innerhalb eines Zeitfensters zumindest eines Reflexionssignals (24) (S12) innerhalb des Zeitfensters zu einem Zeitpunkt (te) und Ermitteln einer Lage (S14) eines Objekts (22), an dem das Ultraschallsignal (18) reflektiert wurde, wobei die Lage basierend auf der Laufzeit des Ultraschallsignals (18) ermittelt wird; und - Durchführen einer Messanpassung, wobei die Messanpassung entweder ein Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von Reflexionssignalen (24) (S16a) umfasst oder wobei die Messanpassung ein Verwerfen der von dem zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d) nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt (te) definierten Zeitpunkt bis zum Ende des Zeitfensters empfangenen Daten umfasst.

Description

Verfahren zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems, Vorrichtung zur Lagebestimmung und Computerprogrammprodukt
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, eine Vorrichtung zur Lagebestimmung und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Mit zunehmender Häufigkeit werden Kraftfahrzeuge mit Ultraschallsensoren ausgestattet, die typischerweise in die Karosserie integriert sind und den Fahrer bei der rechtzeitigen Erkennung von Hindernissen im Fahrweg des Kraftfahrzeugs, insbesondere in für den Fahrer schlecht einsehbaren Bereichen, sowie der Einschätzung der Entfernung von Hindernissen unterstützen sollen. Die Funktionsweise eines solchen Ultraschallsensors basiert auf dem Aussenden von Ultraschallsignalen und der Erkennung von Echos der gesendeten Ultraschallsignale, die von eventuell im Erfassungsbereich des Sensors befindlichen Hindernissen ausgehen. Die hierzu erzeugten Ultraschallpulse können eine zeitlich konstante Frequenz aufweisen. Bekannt sind ferner Ansätze mit zeitlich variabler Frequenz („Chirp") sowie mehreren voneinander getrennten Sende- und Empfangskanälen (z. B. durch Frequenzmultiplex).
Ultraschallsensoren werden heutzutage in verschiedensten Anwendungen eingesetzt, angefangen von Einparkhilfen hin zu Assistenzsystemen für tote Winkel („dead-spot detection"). Im Bereich des autonomen Fahrens in urbanen Umgebungen („Urban Driving") sind Ultraschallsensoren bisher nur wenig eingesetzt. Grund dafür ist zum einen der Wunsch nach höher performanten Systemen gerade im teil- oder vollautomatisierten Fahren, aber auch die Limitierung der Reichweite in Kombination mit der durch die Schallgeschwindigkeit limitierte Abtastrate der Ultraschallsensoren.
Die Schallgeschwindigkeit bestimmt maßgeblich die Reichweite und die Abtastrate eines Ultraschallsensors. Dabei sind heutzutage bereits Reichweiten von bis zu 10 m mit Ultraschallsensoren im Automobilbereich denkbar. Aufgrund der Schallgeschwindigkeit dauert eine solche Messung mit einem Ultraschallsensor bei Normalbedingungen bereits 60 ms. Im Optimalfall wären damit 16 Messungen pro Sekunde möglich. Werden nun mehrere Sensoren in einem System verwendet und mehrere Messschritte zur vollen Systemabdeckung benötigt, fällt die Messrate für das Komplettsystem typischerweise auf 5 - 8 Aktualisierungen pro Sekunde. Jeder Ultraschallsensor erzeugt bei jeder Messung Daten, die verarbeitet werden müssen. Für das Fahrzeug ist jedoch nur das nächste Objekt relevant, das ein Fahrmanöver stören könnte. Dahinterliegende Objekte spielen daher in der Regel allenfalls eine untergeordnete Rolle. Die Daten, die die Ultraschallsensoren erzeugen, enthalten somit Informationen, die nicht benötigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Verfahren zur Lagebestimmung vorzuschlagen, mit dem die Effizienz der Lagebestimmung erhöht wird. Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems vorgesehen. Das Ultraschallsensorsystem umfasst zumindest einen Ultraschallsensor. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Erzeugen eines Steuersignals zum Aussenden eines Ultraschallsignals zu einem Zeitpunkt ts;
- als Antwort auf das Erzeugen des Steuersignals, Empfang innerhalb eines Zeitfensters zumindest eines Reflexionssignals von dem zumindest einen Ultraschallsensor innerhalb des Zeitfensters zu einem Zeitpunkt te und Ermitteln einer Lage eines Objekts, an dem das Ultraschallsignal reflektiert wurde, wobei die Lage basierend auf der Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals zum Zeitpunkt ts und dem Empfangen des zumindest einen Reflexionssignals zum Zeitpunkt te ermittelt wird; und
- Sofern der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals kleiner als ein vorbestimmter Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, Durchführen einer Messanpassung zu einem Zeitpunkt, der auf dem Schwellwertzeitpunkt cider dem Zeitpunkt te basiert, wobei o die Messanpassung entweder ein Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von Reflexionssignalen und Wiederholung der Schritte des Erzeugens des Steuersignals zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals und des Empfangens eines weiteren Reflexionssignals für eine weitere Lagebestimmung umfasst oder o die Messanpassung ein Verwerfen der von dem zumindest einen Ultraschallsensor nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te definierten Zeitpunkt bis zum Ende des Zeitfensters empfangenen Daten umfasst.
In einem ersten Schritt erzeugt das Ultraschallsensorsystem ein Steuersignal zum Senden eines Ultraschallsignals zu einem Zeitpunkt ts. Das Signal kann insbesondere durch ein Steuergerät oder eine andere geeignete Steuereinheit des Ultraschallsensorsystems erzeugt wer- den. Zur Erzeugung des Ultraschallsignals wird vorzugsweise eine Ultraschallsendeeinrichtung verwendet. Diese kann beispielsweise ein dynamischer und elektrostatischer Lautsprecher, ein Piezolautsprecher oder allgemein ein Ultraschallwandler sein. Ferner kann die Ultraschallsendeeinrichtung als Teil des Ultraschallsensorsystems oder als externe Vorrichtung ausgeführt sein. Die Ultraschallsendeeinrichtung kann beispielsweise über eine Plug-and- Play-Verbindung oder auf andere Art kommunikativ mit dem Ultraschallsensorsystem verbunden sein, um das erzeugte Steuersignal zum Aussenden des Ultraschallsignals zu empfangen.
Ab dem Aussenden des Ultraschallsignals zum Zeitpunkt ts ist der zumindest eine Ultraschallsensor des Ultraschallsensorsystems dazu eingerichtet, ein Reflexionssignal zu empfangen. Der zumindest eine Ultraschallsensor öffnet daher zumindest einen Kanal, auf dem er seine Umgebung nach Ultraschallsignalen abhorcht.
Grundsätzlich ist ein Reflexionssignal ebenfalls ein Ultraschallsignal. Im Rahmen dieser Erfindung werden zur Klarstellung ausgesendete Signale als Ultraschallsignale bezeichnet, wohingegen empfangene Signale als Reflexionssignale bezeichnet werden.
Sofern nun der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals kleiner als ein vorbestimmter Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, erfolgt eine Messan- passung. Die Messanpassung wird zu einem Zeitpunkt durchgeführt, der auf dem Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te basiert. Das kann der Schwellwertzeitpunkt bzw. der Echozeitpunkt selbst sein oder der Schwellwertzeitpunkt bzw. Echozeitpunkt zuzüglich eines Pufferzeitraums weniger Millisekunden (z.B. 1ms - 5ms).
Die Messanpassung kann für einen Ultraschallsensor und/oder einen Empfangskanal eine von zwei Maßnahmen umfassen.
Eine erste Möglichkeit der Messanpassung ist das Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von Reflexionssignalen und das erneute Erzeugen eines Steuersignals zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals. Durch diese Anpassung kann die Zeit für die Lagemessung (z.B. eine Positionsbestimmung oder Entfernungsbestimmung) verringert werden, was wiederum einer höheren Abtastrate entspricht. Das Ultraschallsensorsystem wartet nicht bei jedem Messzyklus darauf, dass eventuell irrelevante weiter entfernte Objekte detektiert werden. Stattdessen wird bei der Detektion des Objekts nach Erreichen des Schwellwertzeitpunkts, die Messung neu gestartet.
Durch die höhere Abtastrate kann sich die Präzision der Lagebestimmung erhöhen. Etwaige Messtoleranzen der einzelnen Ultraschallsensoren können durch eine größere Anzahl an durchgeführten Messungen verringert werden. Das ist insbesondere für geringe Abstände sehr wichtig. Die höhere Abtastrate ermöglicht aber auch eine schnellere Reaktionszeit. Wenn ein Fahrzeug autonome oder teilautonome Fahrfunktionen einsetzt, kann es mit der höheren Abtastrate schneller reagieren, um potenzielle Gefahren zu vermeiden, oder kritische Situationen bewältigen. Dadurch erhöht sich auch die Sicherheit des Fahrzeugs. Dasselbe gilt auch für andere Maschinen oder Werkzeuge, die autonome oder automatisierte Prozesse verwenden, bei denen mittels Ultraschall Entfernungen oder Positionen bestimmt werden.
Die zweite Möglichkeit der Messanpassung besteht darin, die von dem zumindest einen Ultraschallsensor nach dem Empfang des Reflexionssignals und nach Erreichen des Schwellwertzeitpunkts oder nach dem Zeitpunkt te erfassten Daten zu verwerfen. Auch das ist so zu verstehen, dass dies nach unmittelbarem Erreichen des Schwellwertzeitpunkts oder nach dem Echozeitpunkt te selbst sein kann oder nach Erreichen des Schwellwertzeitpunkts bzw des Echozeitpunkts zuzüglich eines Pufferzeitraums weniger Millisekunden (z.B. 1ms - 5ms).
Das empfangene Reflexionssignal zeigt an, dass sich ein Objekt in einer gewissen Nähe zu dem mindestens einen Ultraschallsensor befindet. Weitere Reflexionssignale, die lediglich auf weiter entfernte Objekte zurückzuführen wären, können ignoriert werden. Sie müssen nicht an eine Auswertungs- oder Steuereinheit übertragen werden, wodurch sich erstens die benötigte Bandbreite für die Übertragung der Messwerte und zweitens die benötigten Rechenressourcen zum Auswerten der Messwerte verringern.
Zur Aktivierung der Messanpassung kann das Ultraschallsensorsystem mit einer eigenen Steuereinheit ausgestattet sein, die dazu konfiguriert ist, den zumindest einen Ultraschallsensor zu überwachen, ob ein Reflexionssignal empfangen wird. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit zur Detektion der Information, ob ein Reflexionssignal erfasst wurde, von einem Steuergerät verschieden sein, das z.B. aus der Laufzeit die Entfernung des zu detektierenden Objekts ermittelt und/oder ermittelt, ob die Messanpassung durchzuführen ist. Die Steuereinheit kann vorzugsweise ein integrierter Schaltkreis, ein Steuergerät cider eine dedizierte Recheneinheit mit einem Prozessor sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Ultraschallsensorsystem mehrere Kanäle, wobei die Messanpassung nur dann erfolgt, wenn eine Präsenz des Objekts durch Reflexionssignale auf zumindest zwei der Kanäle validiert wurde.
Jeder Sensor erfasst mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit falsche Daten. Bei Ultraschallsensoren (bzw. den hierzu verwendeten Systemen) ist dies nicht anders. Ein Ultraschallsensor (bzw. System) kann im Wesentlichen zwei Fehler machen. Der erste Fehler ist die fälschliche Detektion eines Reflexionssignals, das es nicht gibt (falsch positiv). Der zweite Fehler ist das Nichterkennen eines Reflexionssignals, das erkannt hätte werden müssen (falsch negativ).
Die Verwendung von unterschiedlichen Kanälen, auf denen Reflexionssignale empfangen werden, kann einer falsch negativen Detektion eines Reflexionssignals entgegenwirken, da zumindest ein zweiter Empfangskanal das vom ersten Empfangskanal empfangene Reflexionssignal validieren muss. Die Wahrscheinlichkeit eines falsch positiven Reflexionssignals ist deutlich höher als die Wahrscheinlichkeit eines falsch-negativen Signals. Das liegt daran, dass es viele Störquellen gibt, die fälschlicherweise als Reflexionssignal erkannt werden können. Daher werden tendenziell mehr falsche Reflexionssignale erkannt, als echte Reflexionssignale nicht erkannt werden. Die Validierung eines Reflexionssignals durch zumindest einen weiteren Empfangskanal kann daher die Fehlerrate des Ultraschallsensorsystems insgesamt senken.
In einer Ausführungsform umfasst das Ultraschallsensorsystem mehrere der Ultraschallsensoren und jeder der Ultraschallsensoren weist zumindest einen der Kanäle auf, wobei das Erzeugen des Steuersignals zum Aussenden eines Ultraschallsignals und das entsprechende Empfangen eines Reflexionssignals für mehrere der Ultraschallsensoren durchgeführt wird, wobei die Messanpassung nur dann erfolgt, wenn eine Präsenz des Objekts durch Reflexionssignale unter Verwendung von zumindest zwei der Ultraschallsensoren validiert wurde.
Es ist möglich, dass ein Ultraschallsensor seine Umgebung auf mehr als einem Kanal nach Signalen überwacht. Daher kann es vorkommen, dass eine Störung auf mehreren Kanälen auftritt, wodurch eine Fehldetektion selbst dann erfolgt, wenn eine Validierung eines Reflexionssignals auf zumindest zwei Kanälen in demselben Ultraschallsensor vorgesehen ist. Die Validierung des Reflexionssignals durch einen zweiten Ultraschallsensor bewirkt daher in vorteilhafter Weise, dass die Wahrscheinlichkeit für Fehldetektionen aufgrund einer Störung auf mehreren Kanälen gleichzeitig reduziert wird.
In einer Ausführungsform werden die Schritte des Erzeugens des Steuersignals zum Aussenden des weiteren Ultraschallsignals und des Empfangens des weiteren Reflexionssignals für die weitere Lagebestimmung unmittelbar nach dem Ende des gekürzten Zeitfensters durchgeführt.
Ist die Messanpassung in Form der Kürzung des Zeitfensters vorgenommen, kann die Lagebestimmung (bzw. analog Positionsbestimmung des Objekts) durchgeführt werden. Implizit bedeutet dies, dass die Einheit, die die Lagebestimmung durchführt, dazu ein Signal erhalten muss, da sie sonst bis zum Ende des ursprünglichen Zeitfensters wartet. In dieser Ausführungsform wird daher die Einheit zur Bestimmung der Lage aus den Messdaten aktiviert, um die Lage, z.B. Objektentfernung oder Objektposition tatsächlich früher zu ermitteln.
Die Pufferzeit nach dem Empfang des Reflexionssignals kann dazu dienen, sicherzustellen, dass das empfangene Signal vollständig empfangen wurde. Dies könnte für eine spätere Auswertung zur genauen Lagebestimmung und Signalvalidierung wesentlich sein. In einer Ausführungsform ist der Schwellwertzeitpunkt kleiner als 40 %, vorzugsweise kleiner als 30 % oder 20 % als die Dauer des ungekürzten Zeitfensters.
Je stärker das Zeitfenster mittels des Schwellwertzeitpunkts gekürzt wird, desto größer kann die Abtastrate des Ultraschallsensorsystems sein. Auf der anderen Seite sollte das Zeitfenster nicht zu kurz gewählt werden, um die Validierung durch mehrfachen Empfang von zeitlich konstant aufeinanderfolgenden Reflexionssignalen von demselben Objekt zu ermöglichen, welche von Ultraschallsignalen stammen, die von verschiedenen Ultraschallsendeeinrichtungen gesendet worden sein können. Diese späteren Signale können zur Validierung des ersten Reflexionssignals verwendet werden. Die genannten Werte bilden daher gute Kompromisse, um vordefinierte Schwellwerte zu bilden.
Andererseits sollte der Schwellwertzeitpunkt auch nicht zu lange gewählt werden. Die Messanpassung sollte dann durchgeführt werden, wenn die durch sie erreichte Auswirkung einen hinreichenden Effekt aufweist. Ein Beispiel kann das verdeutlichen. Das Ultraschallsensorsystem registriert ein Reflexionssignal wenige Augenblicke, bevor das Zeitfenster zur Detektion ohnehin geschlossen würde. Eine Messanpassung zu diesem Zeitpunkt durchzuführen könnte dazu führen, dass die eingesparte Bandbreite bei der ausbleibenden Übertragung der verworfenen Messwerte oder der Vorteil der höheren Abtastrate beim Kürzen des Zeitfensters als Effekte zu gering sind, um den rechnerischen Aufwand der Messanpassung zu rechtfertigen. Im schlimmsten Fall könnte die Messanpassung sogar mehr Rechenaufwand bedeuten als die Verarbeitung der gesammelten Daten. Aus diesem Grund könnte die Wahl eines Schwellwertzeitpunkt kleiner als 40 %, vorzugsweise kleiner als 30 % oder 20 % als die Dauer des ungekürzten Zeitfensters von Vorteil sein. Umgekehrt sollte der Schwellwertzeitpunkt größer als 10 % als die Dauer des ungekürzten Zeitfensters sein.
In einer Ausführungsform erfolgen das Erzeugen des Steuersignals, das Empfangen des Reflexionssignals und die Messanpassung in einem Messzyklus und der Messzyklus wird zyklisch wiederholend durchgeführt, wobei das Verfahren ferner einen Vergleich der Lage des Objekts umfasst, welche für Reflexionssignale in aufeinanderfolgenden Messzyklen ermittelt wurden, wobei die Messanpassung wieder rückgängig gemacht wird, sofern der Vergleich eine Abweichung der Lage untereinander größer als ein vorbestimmter Abweichungswert ergibt oder ein Reflexionssignal z.B. in einem nachfolgenden Messzyklus nicht mehr empfangen wird.
Die Überwachung der Umgebung erfolgt insbesondere auf der grundlegenden Annahme einer Plausibilität. Ein erkanntes Objekt kann sich in der Umgebung nur mit einer begrenzten Geschwindigkeit bewegen. Nähert sich das Objekt dem zumindest einen Ultraschallsensor, werden die Laufzeiten der Reflexionssignale mit der Zeit kürzer. Das Zeitfenster zum Empfangen von Reflexionssignalen wird dabei ebenfalls kürzer. Entfernt sich das Objekt wieder, werden auch die Laufzeiten wieder länger. Der Vergleich der Laufzeiten von Reflexionssignalen setzt z.B. dieselben in einen zeitlichen Kontext zueinander. Aus der zeitlichen Änderung lässt sich eine Bewegung des Objekts ableiten. Werden keine Reflexionssignale mehr empfangen, ist es möglich, dass sich das Objekt aus dem Sichtfeld des Ultraschallsensors z.B. seitlich herausbewegt hat. Eine weitere Möglichkeit ist, dass sich das Objekt entfernt hat und sich das Reflexionssignal in den bis dahin verworfenen Messdaten befindet. In jedem Fall können aufgrund des Resets des Zeitfensters und damit dem Rückgängigmachen der Messanpassung auch entferntere Objekte sicher de- tektiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Ultraschallsensorsystem eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit das Erzeugen des Steuersignals durchführt, das Reflexionssignal empfängt und die Messanpassung durchführt.
Eine Steuereinheit im Ultraschallsensorsystem bewirkt in vorteilhafter Weise, dass das Verfahren mit einem Plug-and-Play-System ausgeführt werden kann. Das Host-System, beispielsweise ein Fahrzeug, muss nicht aufwendig auf das Verfahren eingestellt werden, indem beispielsweise eine geeignete Steuereinheit extra besorgt und eingestellt werden muss. Es ist ausreichend, das Ultraschallsensorsystem als solches zu verwenden, um das Verfahren auszuführen.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit in den zumindest einen Ultraschallsensor integriert oder Teil einer zentralen Steuereinheit für eine Mehrzahl der Ultraschallsensoren.
Steuereinheiten, die direkt in den oder die Ultraschallsensoren integriert sind, ermöglichen das Treffen der Entscheidung, ob eine Messanpassung erfolgt oder nicht, direkt im Sensor, ohne dass Daten von einem Untersystem zum anderen übertragen werden müssen. Dadurch kann beispielsweise die für die kommunikative Verbindung benötigte Bandbreite reduziert werden. Insbesondere müssen keine Signale zur Messanpassung an die Ultraschallsensoren übertragen werden, sodass diese Richtung der Kommunikation eingespart werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder der Ultraschallsensoren eine eigene Steuereinheit, die die Messungen vornimmt. Ferner sind die Steuereinheiten vorzugsweise eigenständig in der Lage, die Messanpassungen rückgängig zu machen.
Eine zentrale Koordinierung der Messanpassungen durch eine zentrale Steuereinheit bewirkt in vorteilhafter Weise, dass Validierungen der Reflexionssignale durch mehrere Ultraschallsensoren zentral durchgeführt werden können. Sobald ein Reflexionssignal validiert ist, kann die zentrale Steuereinheit ein Signal zur Messanpassung erzeugen und an alle Ultraschallsensoren versenden.
Ferner bietet eine zentrale Steuereinheit den Vorteil, dass insgesamt weniger Steuereinheiten benötigt werden, wodurch sich die Kosten für das Ultraschallsensorsystem reduzieren. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, wobei das Computerprogrammprodukt computerausführbaren Code umfasst, wobei der Code von zumindest einem Prozessor einer Computervorrichtung ausführbar ist, um die Computervorrichtung zu veranlassen, das Verfahren wie voranstehend beschrieben durchzuführen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems umfassend zumindest einen Ultraschallsensor, wobei die Vorrichtung umfasst:
- Mittel zum Erzeugen eines Steuersignals zum Aussenden eines Ultraschallsignals zu einem Zeitpunkt ts;
- Mittel zum Empfang, als Antwort auf das Erzeugen des Steuersignals, innerhalb eines Zeitfensters zumindest eines Reflexionssignals von dem zumindest einen Ultraschallsensor innerhalb des Zeitfensters zu einem Zeitpunkt te und Ermitteln einer Lage eines Objekts, an dem das Ultraschallsignal reflektiert wurde, wobei die Lage basierend auf der Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals zum Zeitpunkt ts und dem Empfangen des zumindest einen Reflexionssignals zum Zeitpunkt te ermittelt wird; und
- Mittel zum Durchführen einer Messanpassung zu einem, auf einem vorbestimmten Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te basierenden Zeitpunkt, sofern der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals kleiner als der Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, wobei die Messanpassung entweder ein Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von weiteren Reflexionssignalen und Wiederholung der Schritte des Erzeugens des Steuersignals zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals und des Empfangens eines weiteren Reflexionssignals für eine weitere Lagebestimmung umfasst oder wobei die Messanpassung ein Verwerfen der von dem zumindest einen Ultraschallsensor nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te definierten Zeitpunkt bis zum Ende des Zeitfensters empfangenen Daten umfasst.
Der Fachmann wird verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung als Gerät, Verfahren oder Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt ausgeführt sein können. Entsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer reinen Hardware-Ausführungsform, einer reinen Software-Ausführungsform (darunter Firmware, im Speicher befindliche Software, Mikro-Code usw.) oder einer Software- und Hardware-Aspekte kombinierenden Ausführungsform annehmen, die hierin alle allgemein als „Schaltkreis", „Modul", „Einheit" oder „System" bezeichnet sein können. Des Weiteren können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, welches durch ein computerlesbares Medium oder durch mehrere computerlesbare Medien in Form von computerausführbarem Code getragen wird. Ein Computerprogramm umfasst ebenfalls den computerausführbaren Code. „Computerausführbarem Code" kann auch als „Computerprogrammanweisungen" bezeichnet werden.
Eine beliebige Kombination von einem oder mehreren computerlesbaren Medien kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein „computerlesbares Speichermedium", wie hierin verwendet, umfasst ein materielles Speichermedium, das Anweisungen speichern kann, die durch einen Prozessor einer Computervorrichtung ausführbar sind. Das computerlesbare Speichermedium kann als computerlesbares nicht-flüchtiges Speichermedium bezeichnet werden. Das computerlesbare Speichermedium kann auch als ein greifbares computerlesbares Medium bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein computerlesbares Speichermedium auch in der Lage sein, Daten zu speichern, die es ermöglichen, dass durch den Prozessor einer Rechnervorrichtung auf sie zugegriffen wird. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: eine Diskette, eine magnetische Festplatte, eine Festkörper-Festplatte, Flash-Speicher, einen USB-Stick, Random Access Memory (RAM), Festwertspeicher (ROM), eine optische Platte, eine magneto-optische Platte, und die Registerdatei des Prozessors. Beispiele für optische Platten umfassen Compact Disks (CD) und Digital Versatile Disks (DVD), zum Beispiel CD-ROM, CD- RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW oder DVD-R-Disks. Der Begriff computerlesbares Speichermedium bezieht sich auch auf verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien, die dafür geeignet sind, von der Rechnervorrichtung über ein Netzwerk oder eine Kommunikationsverbindung abgerufen zu werden. Zum Beispiel können Daten über ein Modem, über das Internet oder über ein lokales Netzwerk abgerufen werden. Computerausführbarer Code, der auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt wird, kann über jedes geeignete Medium übermittelt werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, drahtlose, drahtgebundene, Lichtwellenleiter, RF etc., oder jede geeignete Kombination der vorstehenden Medien.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein ausgebreitetes Datensignal beinhalten, das den computerlesbaren Programmcode zum Beispiel in einem Basissignal (baseband) oder als Teil eines Trägersignals (Trägerwelle) enthält. Solch ein Ausbreitungssignal kann in einer beliebigen Form ausgebildet sein, darunter, jedoch nicht beschränkt auf, eine elektromagnetische Form, eine optische Form oder jede geeignete Kombination davon. Bei einem computerlesbaren Signalmedium kann es sich um ein beliebiges computerlesbares Medium handeln, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, Gerät oder Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen übertragen, verbreiten oder transportieren kann.
„Computer-Speicher" oder „Speicher" ist ein Beispiel für ein computerlesbares Speichermedium. Ein Computer-Speicher ist jeder Speicher, der einem Prozessor direkt zugänglich ist.
„Computer-Datenspeicher" oder „Datenspeicher" sind weitere Beispiele eines computerlesbaren Speichermediums. Computer-Datenspeicher ist jedes nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium. In einigen Ausführungsformen kann ein Computerspeicher auch ein Computer-Datenspeicher sein oder umgekehrt.
Ein „Prozessor", wie er hierin verwendet wird, umfasst eine elektronische Komponente, die in der Lage ist, eine programm- oder maschinenausführbare Anweisung oder computerausführbaren Code auszuführen. Eine Bezugnahme auf die Rechnervorrichtung, die einen „Prozessor" umfasst, sollte so interpretiert werden, dass sie möglicherweise mehr als einen Prozessor oder Verarbeitungskerne umfasst. Der Prozessor kann zum Beispiel ein Multi-Core- Prozessor sein. Ein Prozessor kann sich auch auf eine Sammlung von Prozessoren innerhalb eines einzigen Computersystems oder verteilt auf mehrere Computersysteme beziehen. Der Begriff Rechnervorrichtung und der Begriff Computer sollen auch so interpretiert werden, um möglicherweise auf eine Sammlung oder ein Netzwerk von Rechnervorrichtungen oder Computern, die jeweils einen Prozessor oder mehrere Prozessoren umfassen, hinzuweisen. Der computerausführbare Code kann durch mehrere Prozessoren ausgeführt werden, die innerhalb derselben Rechnervorrichtung oder sogar über mehrere Computer verteilt sein können.
Computerausführbarer Code kann maschinenausführbare Anweisungen oder ein Programm umfassen, das einen Prozessor veranlasst, einen Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Computerausführbarer Code zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder beliebigen Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben sein, darunter eine objektorientierte Programmiersprache wie Java, Smalltalk, C++ oder ähnliche und herkömmliche verfahrensorientierte Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C" oder ähnliche Programmiersprachen, und in maschinenausführbare Anweisungen übersetzt werden. In einigen Fällen kann der computerausführbare Code in der Form einer höheren Programmiersprache oder in einer vorübersetzten Form vorliegen, und in Verbindung mit einem Interpreter verwendet werden, der die maschinenausführbaren Anweisungen generiert.
Der computerausführbare Code kann vollständig auf dem Rechner eines Benutzers, teilweise auf dem Rechner des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Rechner des Benutzers und teilweise auf einem entfernt angeordneten Rechner oder vollständig auf dem entfernt angeordneten Rechner oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Rechner mit dem Rechner des Benutzers durch eine beliebige Art von Netzwerk verbunden sein, einschließlich eines lokalen Netzwerks (LAN) oder einem Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Rechner hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters).
Die Computerprogrammanweisungen können auf einem Prozessor oder auf mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Im Falle mehrerer Prozessoren können diese auf mehrere unterschiedliche Entitäten (z. B. Clients, Servern) verteilt sein. Jeder Prozessor könnte einen für die jeweilige Entität vorgesehenen Teil der Instruktionen ausführen. Wenn also von einem System oder Verfahren die Rede ist, das mehrere Entitäten umfasst, so verstehen sich die Computerprogrammanweisungen so, dass diese so angepasst sind, um durch einen der jeweiligen Entität zugeordneten oder zugehörigen Prozessor ausgeführt zu werden.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockschaltbilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block oder Teile der Blöcke der Flussdiagramme, Darstellungen und/oder der Blockschaltbilder durch Computerprogrammanweisungen, gegebenenfalls in Form eines computerausführbaren Codes, ausgeführt werden können. Es wird weiter darauf hingewiesen, dass Kombinationen von Blöcken in verschiedenen Flussdiagrammen, Darstellungen und/oder Blockschaltbildern kombiniert werden können, wenn sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalrechners, Spezialrechners oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Vorrichtung zu erzeugen, sodass die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen Mittel zur Ausführung der in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, die einen Computer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen oder andere Vorrichtungen steuern können, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, sodass die auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen ein Herstellungserzeugnis hervorrufen, einschließlich Anweisungen, welche die/den in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegte/n Funktion/Schritt umsetzen.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einem Computer, anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen gespeichert werden, um die Ausführung einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer, anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, sodass die auf dem Computer oder den anderen programmierbaren Vorrichtungen ausgeführten Anweisungen Verfahren zur Umsetzung der in dem Block oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder der Blockschaltbilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen: Figur 1 schematisch den Ablauf des Verfahrens zur Lagebestimmung gemäß einer Ausführungsform,
Figur 2 schematisch eine Ausführungsform eines Ultraschallsensorsystems, und
Figur 3 den beispielhaften und schematischen Verlauf eines Reflexionssignals, das von einem Ultraschallsensor empfangen wird.
Das Verfahren beginnt in Schritt S10 damit, dass ein Signal zum Aussenden eines Ultraschallsignals erzeugt wird. Das Signal wird von einer Steuereinheit erzeugt, die mit einer Ultraschallsendeeinrichtung kommunikativ verbunden ist. Die Ultraschallsendeeinrichtung kann beispielsweise ein entsprechend modulierter Ultraschallsensor oder ein explizit dafür vorgesehenes Piezoelement sein. Das Ultraschallsignal wird daraufhin durch die Ultraschallsendeeinrichtung zu einem Zeitpunkt ts ausgesendet.
Das Ultraschallsignal bewegt sich nach dem Aussenden mit Schallgeschwindigkeit durch den Raum, bis es auf ein Hindernis trifft und dort als Reflexionssignal reflektiert wird. Das Ultraschallsensorsystem wartet in dieser Zeit darauf, dass ein Reflexionssignal von zumindest einem Ultraschallsensor empfangen wird. Dazu wird ein Zeitfenster geöffnet, indem das Ultraschallsensorsystem mit einem oder mehreren Ultraschallsensoren auf einem oder mehreren Kanälen nach Reflexionssignalen lauscht. In Schritt S12 wird das Reflexionssignal schließlich zu einem Zeitpunkt te empfangen.
In Schritt S14 wird aus der Laufzeit des Reflexionssignals, das heißt te - ts die Lage, z.B. die Entfernung zu dem Objekt ermittelt, an dem das Reflexionssignal reflektiert wurde. Die ermittelte Lage bzw. Entfernung kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Darunter sind beispielsweise Einparkhilfen für autonome oder teilautonome Fahrfunktionen eines Fahrzeugs oder die Steuerung von Roboterarmen in einer Produktionsanlage.
Auf die Detektion des Reflexionssignals in Schritt S12 erfolgt eine Messanpassung zu einem, auf einem vorbestimmten Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te basierenden Zeitpunkt, sofern der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals kleiner als der Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist. Die Messanpassung kann eine von zwei möglichen Maßnahmen umfassen, die in Figur 1 als Schritt S16a und Schritt S16b dargestellt sind.
In Schritt S16a wird das Zeitfenster zum Detektieren eines Reflexionssignals gekürzt, d.h. insbesondere die Detektion von (weiteren) Reflexionssignalen abgebrochen, woraufhin das Verfahren unmittelbar zurückkehrt zu Schritt S10, in dem ein neues Signal zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals erzeugt wird. Damit wird das Verfahren beschleunigt und in derselben Zeit können mehrere Lagebestimmungen durchgeführt werden. Dadurch wiederum erhöht sich die Abtastrate, mit der die Umgebung nach Objekten abgesucht werden kann. Höhere Abtastraten erlauben unter anderem eine höhere (zeitliche) Auflösung der Objekte, wodurch sich nicht nur die Position eines Objekts, sondern auch dessen Geschwindigkeit sehr genau ermitteln lässt. Dies ist insbesondere für die Prädiktion von Bewegungen des Objekts von großer Bedeutung.
Mit alternativem Schritt S16b werden die Daten, die ein oder mehrere Ultraschallsensoren erzeugen, nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder nach dem durch den Zeitpunkt te definierten Zeitpunkt ignoriert. Diese Daten werden weder für die Lagebestimmung noch in sonstiger Weise verwendet, sodass sie für das Verfahren keine Rolle mehr spielen. Das Ignorieren dieser Daten schont die Bandbreite der Datenübertragung innerhalb des Ultraschallsensorsystems, insbesondere von dem jeweiligen Ultraschallsensor zu einer Steuereinheit. Da weniger Daten übertragen werden müssen, werden weniger Rechenschritte für die Ausführung des Verfahrens benötigt, wodurch sich der Energieverbrauch für die Lagebestimmung verringert.
In einer Ausführungsform können die beiden Möglichkeiten auch parallel zueinander ausgeführt werden, wenn das Ultraschallsensorsystem zumindest zwei Ultraschallsensoren zum Empfangen von Reflexionssignalen verwendet, indem Schritt S16a für Sensor 1 und Schritt S16b für Sensor 2 Anwendung findet.
Das Ultraschallsensorsystem kann unabhängig davon beispielsweise ferner dazu eingerichtet sein, die Lagebestimmung erst dann durchzuführen, wenn das Reflexionssignal auf einem zweiten Kanal und/oder mit einem zweiten Ultraschallsensor validiert wurde. Dies kann durch ein konkretes Beispiel verdeutlicht werden.
Auf einem ersten Kanal wird ein Reflexionssignal empfangen. Die nach dem Empfangen des Reflexionssignals im ersten Kanal entstehenden Daten werden entsprechend Schritt S16b ignoriert. Diese Daten werden nicht weiter benötigt. Ein zweiter Kanal kann jedoch noch geöffnet sein, bis auch hier ein Reflexionssignal empfangen wird. Wenn dann ein Reflexionssignal auf dem zweiten Kanal empfangen und damit das Reflexionssignal validiert wird, können die Zeitfenster zum Empfangen von Reflexionssignalen auf beiden Kanälen geschlossen werden. Die Lagebestimmung kann durchgeführt und das Verfahren erneut mit Schritt S10, dem Erzeugen eines Signals zum Aussenden eines Ultraschallsignals, beginnen.
In der geschilderten Ausführungsform werden daher zwei Messanpassungen vorgenommen, wobei jeder Kanal und/oder jeder Ultraschallsensor eine eigene Messanpassung erfährt. In weiteren Ausführungsformen kann das Ultraschallsensorsystem mehrere Kanäle und/oder Ultraschallsensoren verwenden, die in Gruppen zusammengefasst werden. Diese Gruppen können dann auch gemeinschaftliche Messanpassungen erfahren.
Figur 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines Ultraschallsensorsystems 10.
Das dargestellte Ultraschallsensorsystem 10 umfasst vier Ultraschallsensoren 12a, 12b, 12c und 12d, die dazu eingerichtet sind, Ultraschall zu detektieren und als elektrische Signale analog oder digital an eine Steuereinheit 14 weiterzuleiten.
Die Steuereinheit 14 umfasst mehrere Module, um die Daten zu verarbeiten. Ein erstes Modul 16 ist dazu eingerichtet, ein Signal zum Aussenden eines Ultraschallsignals 18 zu erzeugen. Das Ultraschallsignal 18 kann beispielsweise durch eine Ultraschallsendeeinrichtung 20, insbesondere ein Piezoelement, erzeugt werden.
Trifft das Ultraschallsignals 18 auf ein Objekt 22 in der Umgebung des Ultraschallsensorsystems, wird es als Reflexionssignal 24 reflektiert. Das Reflexionssignal 24 kann dann mit einer gewissen Laufzeit von den Ultraschallsensoren 12a, 12b, 12c und 12d erfasst und detektiert werden. Ein zweites Modul 26 der Steuereinheit 14 ist dazu ausgebildet, aus den Laufzeiten der Reflexionssignale 24 bzw. aus der Differenz der Zeitpunkte des Aussendens des Ultraschallsignals 18 und dem Empfang des Reflexionssignals 24 die Entfernung zu dem Objekt 22 bzw. allgemein dessen Position oder Lage relativ zum jeweiligen Ultraschallsensor zu ermitteln.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Ultraschallsensoren 12b und 12c näher an dem Objekt 22 positioniert als die Ultraschallsensoren 12a und 12d. Durch den Distanzunterschied ergibt sich ein Laufzeitunterschied der Reflexionssignale 24. Je nachdem wo das Objekt 22 im Raum positioniert ist, kann aus den unterschiedlichen Laufzeiten nicht nur die Entfernung zu dem Objekt, sondern auch die Richtung zu dem Objekt bestimmt werden. Bei zeitlicher Betrachtung der Entfernung und der Richtung können gegebenenfalls Voraussagen über das zukünftige Verhalten des Objekts 22 getroffen werden. Dies kann beispielsweise bei der Verkehrsüberwachung nützlich sein, wenn das Ultraschallsensorsystem 10 in einem Fahrzeug verbaut ist und das vorgeschlagene Verfahren zur Umgebungsüberwachung verwendet wird. Die Voraussagen können autonome oder teilautonome Fahrfunktionen für die Steuerung des Fahrzeugs oder die Fahrassistenz verwenden.
Die Steuereinheit 14 umfasst ferner ein drittes Modul 28, mit dem die Steuereinheit Messanpassungen für die Ultraschallsensoren 12a, 12b, 12c und 12d vornehmen kann. Das Modul 28 ist dazu eingerichtet, den Ultraschallsensoren 12a, 12b, 12c und 12d mitzuteilen, dass die weiteren Daten für den Rest eines definierten Zeitfensters ignoriert werden können. Zusätzlich oder alternativ kann das Modul 28 dazu eingerichtet sein, dem Modul 16 ein Signal zuzusenden, sodass das Modul 16 erneut ein Signal zum Aussenden eines Ultraschallsignals 18 an die Ultraschallsendeeinrichtung 20 schickt.
Die Steuereinheit 14 kann ferner ein viertes Modul 30 umfassen, das dazu ausgebildet ist, die übrigen Module zu steuern. Das Modul 30 kann beispielsweise das Verfahren zur Lagebestimmung starten oder beenden, je nachdem, welcher Aufgabe das Ultraschallsensorsystem dient. Bei einem Fahrzeug ist es beispielsweise nicht in allen Szenarien notwendig, die Ent- fernung zu rückwärtigen Objekten permanent zu erfassen. Das Verfahren kann auf das Rückwärtsfahren des Fahrzeugs beschränkt sein. Das Modul 30 kann daher eine Kommunikationsschnittstelle mit einem weiteren, hier nicht dargestellten System sein.
Figur 3 zeigt beispielhaft den Verlauf der Amplitude A eines beispielhaften Signals, das ein Ultraschallsensor empfängt, wenn er zur Lagemessung eingesetzt wird. In einem ersten Zeitbereich 32 wird ein Ultraschallsignal von einer Ultraschallsendeeinrichtung zu einem Zeitpunkt ts ausgesendet. Das Signal breitet sich dabei nicht nur außerhalb des Ultraschallsensorsystems aus, sondern kann aufgrund interner Systemschwingungen auch vom Ultraschallsensor erfasst werden. Der Zeitbereich 32 kann daher für die Datenauswertung ignoriert werden, was durch eine Schraffur dargestellt ist.
Ebenfalls dargestellt ist ein Zeitbereich 34, der zu einem Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts beginnt und mit dem Ende des Messzyklus endet.
Zu einem Zeitpunkt te empfängt der Ultraschallsensor ein Signal, welches von einem Objekt in der Umgebung des Ultraschallsensorsystems reflektiert wurde. Die Amplitude des reflektierten Signals ist geringer als das ursprünglich ausgesendete Signal. Um das Signal als Reflexionssignal zu validieren, ist das hier verwendete Ultraschallsensorsystem dazu eingerichtet, zumindest ein weiteres Echo des Ultraschallsignals zu empfangen.
Ist das Ultraschallsensorsystem dazu eingerichtet, mehr als ein Ultraschallsignal, insbesondere mittels zumindest zweier Ultraschallsendeeinrichtungen auszusenden, werden auch mehrere Reflexionssignale empfangen. In Figur 3 sind diese weiteren Reflexionssignale zu den Zeitpunkten t'e bzw. t"e dargestellt. Das Reflexionssignal zum Zeitpunkt t'e kann beispielsweise zur Validierung des ersten Reflexionssignals verwendet werden. Das dritte Reflexionssignal zum Zeitpunkt t"e wird dann nicht benötigt, sodass die Daten des Ultraschallsensors nach dem Zeitpunkt t'e, gegebenenfalls zuzüglich einer Pufferzeit, verworfen werden können.
Da der Zeitpunkt te bzw. t'e des Empfangens des Reflexionssignals kleiner als der vorbestimmte Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, also vor dem Bereich 34 liegt, wird nun zu einem Zeitpunkt, der auf dem Schwellwertzeitpunkt basiert, eine Messanpassung durchgeführt. Im gezeigten Beispiel entspricht der Zeitpunkt der Messanpassung dem Schwellwertzeitpunkt. Nicht gezeigt ist hier die Variante, dass der Zeitpunkt auf dem Zeitpunkt te des Echos, also z.B. t'e basiert. Die Logik ist jedoch bezüglich der nachfolgenden Erläuterungen dieselbe.
In einem Beispiel der Messanpassung werden nach dem Schwellwertzeitpunkt erhaltene Messdaten für das übrige Verfahren, also z.B. eine Signalauswertung, verworfen. Der Messzyklus beginnt nach Ablauf des Zeitraums 34 wieder von vorne. In einem alternativen Beispiel der Messanpassung kann das Ultraschallsensorsystem dazu ausgebildet sein, ein neues Ultraschallsignal unmittelbar zum Schwellwertzeitpunkt zu erzeugen, also den Messzyklus mit Beginn des mit Bezugszeichen 34 bezeichneten Zeitraums zu beenden und daraufhin sofort einen neuen Messzyklus zu beginnen.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
10 Ultraschallsensorsystem
12a Ultraschallsensor
12b Ultraschallsensor
12c Ultraschallsensor
12d Ultraschallsensor
14 Steuereinheit
16 Modul
18 Ultraschallsignal
20 Ultraschallsendeeinrichtung
22 Objekt
24 Reflexionssignal
26 Modul
28 Modul
30 Modul
32 Zeitbereich
34 Zeitbereich
S10 Schritt
S12 Schritt
S14 Schritt
S16a Schritt
S16b Schritt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems (10) umfassend zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Erzeugen eines Steuersignals (S10) zum Aussenden eines Ultraschallsignals (18) zu einem Zeitpunkt ts;
- Als Antwort auf das Erzeugen des Steuersignals (S10), Empfang innerhalb eines Zeitfensters zumindest eines Reflexionssignals (24) (S12) von dem zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d) innerhalb des Zeitfensters zu einem Zeitpunkt te und Ermitteln einer Lage (S14) eines Objekts (22), an dem das Ultraschallsignal (18) reflektiert wurde, wobei die Lage basierend auf der Laufzeit des Ultraschallsignals (18) zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals (18) zum Zeitpunkt ts und dem Empfangen des zumindest einen Reflexionssignals (24) zum Zeitpunkt te ermittelt wird; und
- Sofern der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals (24) kleiner als ein vorbestimmter Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, Durchführen einer Messanpassung zu einem auf einem auf dem Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te basierenden Zeitpunkt, wobei die Messanpassung entweder ein Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von weiteren Reflexionssignalen (24) (S16a) und Wiederholung der Schritte des Erzeugens des Steuersignals (S10) zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals (18) und des Empfangens eines weiteren Reflexionssignals (24) (S12) für eine weitere Lagebestimmung (S14) umfasst oder wobei die Messanpassung ein Verwerfen der von dem zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d) nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te definierten Zeitpunkt bis zum Ende des Zeitfensters empfangenen Daten (S16b) umfasst.
2. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Ultraschallsensorsystem (10) mehrere Kanäle umfasst, wobei die Messanpassung nur dann erfolgt, wenn eine Präsenz des Objekts (22) mit der Lage durch Reflexionssignale (24) auf zumindest zwei der Kanäle validiert wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ultraschallsensorsystem (10) mehrere der Ultraschallsensoren (12a, 12b, 12c, 12d) umfasst und jeder der Ultraschallsensoren (12a, 12b, 12c, 12d) zumindest einen der Kanäle aufweist, wobei das Erzeugen des Steuersignals (S10) zum Aussenden eines Ultraschallsignals (18) und das entsprechende Empfangen eines Reflexionssignals(24) (S12) für mehrere der Ultraschallsensoren (12a, 12b, 12c, 12d) durchgeführt wird, wobei die Messanpassung nur dann erfolgt, wenn eine Präsenz des Objekts (22) mit der Lage durch Reflexionssignale (12a, 12b, 12c, 12d) unter Verwendung von zumindest zwei der Ultraschallsensoren (12a, 12b, 12c, 12d) validiert wurde.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schritte des Erzeugens des Steuersignals (S10) zum Aussenden des weiteren Ultraschallsignals (18) und des Empfangens des weiteren Reflexionssignals (24) (S12) für die weitere Lagebestimmung unmittelbar nach dem Ende des gekürzten Zeitfensters durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messanpassung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfolgt, welcher größer ist als die Laufzeit des Reflexionssignals (24), und/oder wobei die Messanpassung zu einem Zeitpunkt erfolgt, welcher der Laufzeit des Reflexionssignals (24) zuzüglich einer vorbestimmten Pufferzeit entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Schwellwertzeitpunkt kleiner ist als 40 %, vorzugsweise kleiner als 30 % oder 20 % als die Dauer des ungekürzten Zeitfensters.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Erzeugen des Steuersignals (S10), das Empfangen des Reflexionssignals (S12) und die Messanpassung in einem Messzyklus erfolgen und der Messzyklus zyklisch wiederholend durchgeführt wird, wobei das Verfahren ferner einen Vergleich der Lage umfasst, welche für Reflexionssignale (24) in aufeinanderfolgenden Messzyklen ermittelt wurden, wobei die Messanpassung wieder rückgängig gemacht wird, sofern der Vergleich eine Abweichung der Lage größer als ein vorbestimmter Abweichungswert ergibt oder ein Reflexionssignal (24) nicht mehr empfangen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ultraschallsensorsystem (10) eine Steuereinheit (14) umfasst, wobei die Steuereinheit (14) das Erzeugen des Steuersignals (S10) durchführt, das Reflexionssignal (24) empfängt und die Messanpassung durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit (14) in den zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d) integriert ist oder Teil einer zentralen Steuereinheit für eine Mehrzahl der Ultraschallsensoren (12a, 12b, 12c, 12d) ist.
10. Computerprogrammprodukt, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, wobei das Computerprogrammprodukt computerausführbaren Code umfasst, wobei der Code von zumindest einem Prozessor einer Computervorrichtung ausführbar ist, um die Computervorrichtung zu veranlassen, das Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche durchzuführen.
11. Vorrichtung zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems (10) umfassend zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d), wobei die Vorrichtung umfasst:
- Mittel zum Erzeugen eines Steuersignals (S10) zum Aussenden eines Ultraschallsignals (18) zu einem Zeitpunkt ts;
- Mittel zum Empfang (S12), als Antwort auf das Erzeugen des Steuersignals, innerhalb eines Zeitfensters zumindest eines Reflexionssignals (24) von dem zumindest einen Ultraschallsensor (12a, 12b, 12c, 12d) innerhalb des Zeitfensters zu einem Zeitpunkt te und Ermitteln einer Lages (S14) eines Objekts (22), an dem das Ultraschallsignal (18) reflektiert wurde, wobei die Lage basierend auf der Laufzeit des Ultraschallsignals (18) zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals (18) zum Zeitpunkt ts und dem Empfangen des zumindest einen Reflexionssignals (24) (S12) zum Zeitpunkt te ermittelt wird; und
- Mittel zum Durchführen einer Messanpassung zu einem, auf einem vorbestimmten Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te basierenden Zeitpunkt, sofern der Zeitpunkt te des Empfangens des zumindest einen Reflexionssignals kleiner als der Schwellwertzeitpunkt nach dem Zeitpunkt ts ist, wobei die Messanpassung entweder ein Kürzen des Zeitfensters für das Empfangen von weiteren Reflexionssignalen und Wiederholung der Schritte des Erzeugens des Steuersignals zum Aussenden eines weiteren Ultraschallsignals und des Empfangens eines weiteren Reflexionssignals für eine weitere Lagebestimmung umfasst oder wobei die Messanpassung ein Verwerfen der von dem zumindest einen Ultraschallsensor nach dem durch den Schwellwertzeitpunkt oder dem Zeitpunkt te definierten Zeitpunkt bis zum Ende des Zeitfensters empfangenen Daten umfasst.
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