DE102018110182B4

DE102018110182B4 - Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs mit Berücksichtigung einer Doppler-Verschiebung, Steuergerät, Ultraschallsensorvorrichtung sowie Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102018110182B4
Application number: DE102018110182.1A
Authority: DE
Inventors: Mathieu BAICRY; Jean-Francois Bariant
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2038-04-28
Also published as: DE102018110182A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (4) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welchem der Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal, welches zumindest eine Sendefrequenz (fS) aufweist, angeregt wird, anhand des von einem Objekt (8) in einem Umgebungsbereich (9) des Kraftfahrzeugs (1) reflektierten und von dem Ultraschallsensor (4) empfangenen Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird und das Empfangssignal mit zumindest einem Referenzsignal, welches zumindest eine Mischfrequenz (fmix) aufweist, gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppler-Verschiebung des Ultraschallsignals infolge einer Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug (1) und dem Objekt (8) abgeschätzt wird und die Sendefrequenz (fS) und/oder die Mischfrequenz (fmix) in Abhängigkeit von der abgeschätzten Doppler-Verschiebung verändert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug, bei welchem der Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal, welches zumindest eine Sendefrequenz aufweist, angeregt wird, anhand des an einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten und von dem Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird und das Empfangssignal mit einem Referenzsignal, welches zumindest eine Mischfrequenz aufweist, gemischt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung umfasst üblicherweise mehrere Ultraschallsensoren, mit denen jeweils ein Abstand zu dem Objekt bestimmt werden kann. Hierzu wird mit den Ultraschallsensoren ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals beziehungsweise der Schallgeschwindigkeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein Empfangssignal, das mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt wird und welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, mit einem Referenzsignal gemischt wird. Hierzu beschreibt beispielsweise die DE 10 2004 006 015 A1 ein Verfahren zur Anpassung eines Schwellwerts einer Detektionseinrichtung. Hierbei ist es vorgesehen, dass im Sinne eines Optimalempfängers bei der Signalaufbereitung eine I/Q-Demodulation, eine Kreuzkorrelation eines I- und Q-Kanals mit idealer zeit- und insbesondere auch Dopplerverschobener Replica des Sendesignals, und eine Bildung des Betrags aus der Summe der Quadrate der Kreuzkorrelation des I- und Q-Kanals sowie eine Normierung des Betrags mit der Autokorrelation der Replica durchgeführt wird.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Ultraschallsignale entsprechend codiert werden. Hierzu kann beispielsweise eine Amplitudenmodulation verwendet werden. Ferner ist es bekannt, dass es sich bei dem Ultraschallsignal um ein Chirp-Signal handelt. Darüber hinaus kann beispielsweise die Phasenumtastung verwendet werden. Falls sich das Kraftfahrzeug relativ zu dem Objekt bewegt, wird sich die Frequenz des empfangenen Ultraschallsignals aufgrund des Doppler-Effekts verschieben. Für die Demodulation wird ein Mischer verwendet, welche das Empfangssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal mischt. Dabei weist das Referenzsignal eine Mischfrequenz auf, welche üblicherweise einer Sendefrequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals entspricht. Des Weiteren wird meist ein entsprechendes Bandpassfilter verwendet. In Abhängigkeit von der Codierung beziehungsweise Modulation des Ultraschallsignals sind aktuell mehrere Lösungen möglich, um das frequenzverschobene empfangene Ultraschallsignal zu demodulieren. Für amplitudenmodulierte Ultraschallsignale wird nichts unternommen. Hier ist die Demodulation durch den Durchlassbereich des Bandpassfilters begrenzt. Falls es sich bei dem Ultraschallsignal um einen Chirp handelt, ist eine Demodulation bis zu Frequenzverschiebungen, welche etwa der Hälfte der Bandbreite des Chirps entsprechen, möglich. Bei der Phasenumtastung können sogenannte Doppler-Bins verwendet werden, welche das Signal mit erwarteten Mustern korrelieren, wenn dieses frequenzverschoben ist.
Aus der DE 10 2013 015 411 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem eine Dopplerverschiebung geschätzt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Ultraschallsensorvorrichtung der eingangs genannten Art bei einer Relativbewegung des Kraftfahrzeugs zu dem Objekt zulässiger betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch ein Steuergerät, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird der Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal, welches zumindest eine Sendefrequenz aufweist, angeregt. Ferner wird anhand des an einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten und von dem Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Des Weiteren wird das Empfangssignal mit zumindest einem Referenzsignal, welches zumindest eine Mischfrequenz aufweist, gemischt. Außerdem wird eine Doppler-Verschiebung des Ultraschallsignals infolge einer Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt abgeschätzt. Ferner werden die Sendefrequenz und/oder die Mischfrequenz in Abhängigkeit von der abgeschätzten Doppler-Verschiebung verändert.
Mithilfe des Verfahrens soll ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug betrieben werden. Das Verfahren kann beispielsweise mit einem elektronischen Steuergerät oder einer entsprechenden Recheneinrichtung durchgeführt werden. Mit dem Ultraschallsensor können Objekte beziehungsweise Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Hierzu kann mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Zu diesem Zweck wird die Membran des Ultraschallsensors mit einem entsprechenden Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen angeregt. Hierzu kann das Wandlerelement mit dem Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Dieses Anregungssignal weist die zumindest eine Sendefrequenz auf. Es kann vorgesehen sein, dass das Anregungssignal eine konstante Frequenz aufweist. Das Anregungssignal kann auch mehrere Frequenzen oder einen Frequenzbereich aufweisen. Ferner kann das Anregungssignal codiert beziehungsweise moduliert sein. Die Sendefrequenz des Anregungssignals entspricht im Wesentlichen der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals. Das ausgesendete Ultraschallsignal wird in dem Umgebungsbereich an dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors auf. Dadurch wird die Membran des Ultraschallsensors zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen der Membran können mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung ausgegeben werden. Diese zeitlich veränderliche elektrische Spannung kann dann als Empfangssignal verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Empfangssignal die (zeitlich veränderliche) elektrische Spannung, welche gefiltert und/oder verstärkt wird, beschreibt. Dieses Empfangssignal wird mittels eines Mischers mit dem Referenzsignal gemischt. Dieses Referenzsignal weist die zumindest eine Mischfrequenz auf. Durch die Mischung des Empfangssignals mit dem Referenzsignal kann die Frequenz herabgesetzt werden, wodurch beispielsweise eine nachfolgende Abtastung des Signals verbessert werden kann. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Mischer als sogenannter IQ-Mischer ausgebildet ist. Hierbei wird das Empfangssignal mit einem ersten Referenzsignal und mit einem zweiten Referenzsignal, welches zu dem ersten Referenzsignal einen Phasenunterschied von 90° aufweist, gemischt.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Doppler-Verschiebung des Ultraschallsignals infolge der Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt abgeschätzt wird. Diese Doppler-Verschiebung beschreibt die Veränderung beziehungsweise Verschiebung der Frequenz des empfangenen Ultraschallsignals im Vergleich zu dem ausgesendeten Ultraschallsignal aufgrund des Doppler-Effekts. Das Empfangssignal beziehungsweise das empfangene Ultraschallsignal weist eine Empfangsfrequenz auf, die durch den Doppler-Effekt zur Sendefrequenz verschoben ist. In Abhängigkeit von der abgeschätzten Doppler-Verschiebung des Ultraschallsignals wird dann die Sendefrequenz des Anregungssignals und/oder die Mischfrequenz des Referenzsignals verändert beziehungsweise angepasst. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Mischfrequenz der Anregungsfrequenz beziehungsweise der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals entspricht. Wenn sich nun die Frequenz des empfangenen Ultraschallsignals infolge des Doppler-Effekts verschiebt, kann es der Fall sein, dass die Frequenz des empfangenen Ultraschallsignals außerhalb des Durchlassbereichs eines Filters ist. Ferner kann dies dazu führen, dass eine Demodulation des Empfangssignals, welches das empfangene Ultraschallsignal beschreibt, nicht mehr möglich ist. Diesem Problem kann dadurch entgegnet werden, dass die Sendefrequenz und/oder die Mischfrequenz angepasst werden. Dadurch kann erreicht werden, dass das Empfangssignal beziehungsweise dessen Empfangsfrequenz an den Demodulationspfad angepasst wird. Somit kann der Ultraschallsensor auch bei einer Doppler-Verschiebung infolge der Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zuverlässiger betrieben werden.
Bevorzugt wird eine aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt und die Doppler-Verschiebung wird in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit abgeschätzt. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kann das Steuergerät entsprechende Geschwindigkeitsdaten empfangen, welche die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs beschreiben. Diese Geschwindigkeitsdaten können mit einem entsprechenden Geschwindigkeitssensor, einem Tachometer, einem Sensor zum Erfassen der Umdrehungen zumindest eines Rads oder dergleichen bereitgestellt werden. Auf Grundlage der Sendefrequenz, der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals beziehungsweise der Schallgeschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann die Doppler-Verschiebung dann bestimmt oder abgeschätzt werden. Hierbei kann angenommen werden, dass das Objekt statisch ist, sich also nicht bewegt. Dies ermöglicht eine einfache Abschätzung der Doppler-Verschiebung.
In einer Ausführungsform wird eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt fortlaufend anhand von Messungen mit dem Ultraschallsensor bestimmt und die Doppler-Verschiebung wird in Abhängigkeit von einer Änderung der relativen Lage abgeschätzt. Anhand einer Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt kann der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass der Abstand jeweils mit mehreren Ultraschallsensoren bestimmt wird, die an unterschiedlichen Einbaupositionen an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Ferner können Erfassungsbereiche der Ultraschallsensoren berücksichtigt werden. Die Messungen werden fortlaufend beziehungsweise zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt. Somit kann die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass eine digitale Umgebungskarte bestimmt wird, welche die aktuelle Position des Objekts und des Kraftfahrzeugs beschreibt. Diese digitale Umgebungskarte kann auf Grundlage der Messungen mit dem Ultraschallsensor fortlaufend aktualisiert werden. Auf diese Weise kann die Änderung der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt und damit deren Relativbewegung zueinander bestimmt werden. Dabei kann ferner die aktuelle Geschwindigkeit und/oder eine aktuelle Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Eine Information zu der aktuellen Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs kann von einem Lenkwinkelsensor, einem Drehratensensor oder dergleichen erhalten werden. Anhand der Relativbewegung kann die Doppler-Verschiebung zuverlässig abgeschätzt werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Doppler-Verschiebung fortlaufend beziehungsweise in jedem Messzyklus des Ultraschallsensors abgeschätzt wird. Hierbei kann insbesondere die aktuelle Geschwindigkeit und/oder die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt berücksichtigt werden. Zudem wird auch die Änderung der Sendefrequenz und/oder der Mischfrequenz fortlaufend aktualisiert. Somit kann die Anpassung der Sendefrequenz und/oder der Mischfrequenz an den aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs und/oder die aktuelle Verkehrssituation angepasst werden.
Bei der Abschätzung der Doppler-Verschiebung wird insbesondere angenommen, dass sich das Kraftfahrzeug dem Objekt annähert und/oder dass sich das Objekt dem Kraftfahrzeug annähert. In den meisten Szenarios beziehungsweise Verkehrssituationen, in denen Ultraschallsensoren eingesetzt werden, ist es wichtiger Situationen zu beurteilen, bei denen sich das Kraftfahrzeug dem Objekt annähert und/oder bei dem sich das Objekt dem Kraftfahrzeug annähert. Derartige Verkehrssituationen sind sicherheitskritischer und werden daher angenommen. Aus diesem Grund kann die Mischfrequenz des Referenzsignals und/oder die Anregungsfrequenz, mit der auch das Ultraschallsignal ausgesendet wird, an die erwartete Doppler-Verschiebung angepasst werden. Dies ermöglicht einen besonders sicheren Betrieb des Ultraschallsensors beziehungsweise eines Fahrerassistenzsystems, in dem der Ultraschallsensor eingesetzt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sendefrequenz bei der Veränderung verringert wird und/oder wenn die Mischfrequenz bei der Veränderung erhöht wird. Wie bereits erläutert, wird bevorzugt angenommen, dass sich das Kraftfahrzeug dem Objekt annähert und/oder dass sich das Objekt dem Kraftfahrzeug annähert. In diesem Fall erhöht sich die Empfangsfrequenz des Empfangssignals beziehungsweise des empfangenen Ultraschallsignals im Vergleich zu der Sendefrequenz des Anregungssignals beziehungsweise des ausgesendeten Ultraschallsignals. Diese Erhöhung der Frequenz kann nach einer bekannten Berechnungsvorschrift anhand der Sendefrequenz, der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der Geschwindigkeit des Objekts, und der Schallgeschwindigkeit bestimmt werden. Um die Erhöhung beziehungsweise Verschiebung der Empfangsfrequenz zu kompensieren, kann entweder die Sendefrequenz verringert werden oder es kann die Mischfrequenz erhöht werden. Beispielsweise kann die Sendefrequenz um die erwartete Verschiebung verringert werden oder es kann die Mischfrequenz um die erwartete Verschiebung erhöht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl die Sendefrequenz verringert wird, als auch die Mischfrequenz erhöht wird.
Vorzugsweise wird die Veränderung der Sendefrequenz und/oder der Mischfrequenz in Abhängigkeit von einer Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors durchgeführt, wobei die Übertragungsfunktion eine Amplitude des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz beschreibt. Die Übertragungsfunktion ist durch die mechanischen Eigenschaften der Membran und/oder des Wandlerelements begründet. Die Übertragung beschreibt die Schwingungsamplitude der Membran und/oder des Wandlerelements in Abhängigkeit von der Frequenz und somit die Amplitude des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz. Diese Übertragungsfunktion ist bekannt. Beispielsweise kann die Übertragungsfunktion berechnet werden und/oder in entsprechenden Versuchen bestimmt werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Mischfrequenz und/oder die Sendefrequenz derart angepasst werden, dass die Amplitude des Empfangssignals einen vorbestimmten Wert aufweist. Dies kann anhand der Abschätzung der Doppler-Verschiebung beziehungsweise der Empfangsfrequenz und der bekannten Übertragungsfunktion erfolgen. Somit kann garantiert werden, dass das Echo des Ultraschallsignals zuverlässig empfangen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Anregungssignal ein amplitudenmoduliertes Signal oder das Anregungssignal ist ein Chirp. Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass das ausgesendete Ultraschallsignal beziehungsweise das Anregungssignal entsprechend codiert beziehungsweise moduliert wird. Wenn mehrere Ultraschallsensoren verwendet werden, können die Ultraschallsignale dieser Ultraschallsensoren somit voneinander unterschieden werden. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Empfangssignal nach dem Mischen mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird und/oder mit einem vorbestimmten Korrelationssignal korreliert wird. Wenn es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal um ein amplitudenmoduliertes Signal handelt, kann dieses nach dem Mischen mit einem Bandpassfilter gefiltert werden. In diesem Fall kann durch die Anpassung der Sendefrequenz und/oder der Mischfrequenz erreicht werden, dass die Empfangsfrequenz des Empfangssignals innerhalb eines Durchlassbereichs des Tiefpassfilter liegt. Wenn es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal um einen Chirp handelt, kann das Empfangssignal nach dem Mischen mit dem vorbestimmten Korrelationssignal korreliert werden. Auch hier kann durch die Anpassung der Sendefrequenz und/oder der Mischfrequenz erreicht werden, dass das Empfangssignal innerhalb einer Korrelations-Bandbreite liegt.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Empfangssignal mittels eines IQ-Mischer gemischt, wobei das Empfangssignal mit einem ersten Referenzsignal und mit einem zweiten Referenzsignal, das im Vergleich zu dem ersten Referenzsignal einen Phasenunterschied von 90° aufweist, gemischt wird. Der IQ-Mischer oder auch I/Q-Mischer kann zwei getrennte und insbesondere identische Mischer aufweisen. Das Referenzsignal der Mischfrequenz wird den Mischern allerdings mit einer unterschiedlichen Phasenlage zugeführt. Durch die Verwendung des IQ-Mischers kann das Auftreten von unerwünschten Mischprodukten vermeidet oder zumindest deutlich reduziert werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Ultraschallsensor mit einem ersten Anregungssignal mit einer ersten Sendefrequenz oder mit einem zweiten Anregungssignal mit einer Sendefrequenz angeregt werden kann. Mit dem Ultraschallsensor kann also entweder ein erstes Ultraschallsignal oder ein zweites Ultraschallsignal ausgesendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass mit dem Ultraschallsensor das reflektierte erste Ultraschallsignal und/oder das reflektierte zweite Ultraschallsignal empfangen werden kann. Dies kann beispielsweise zum Betrieb von zumindest zwei benachbarten Ultraschallsensoren genutzt werden. Dabei kann der eine Ultraschallsensor das erste Ultraschallsignal aussenden und der andere Ultraschallsensor kann das zweite Ultraschallsignal aussenden. Um zu überprüfen, ob einer der Ultraschallsensoren das reflektierte erste Ultraschallsignal oder das reflektierte zweite Ultraschallsignal empfängt, kann ebenfalls ein Empfangssignal bestimmt werden. Auch dieses Empfangssignal kann entsprechend mit zumindest einem Referenzsignal gemischt werden. Dabei kann die Mischfrequenz des Referenzsignals zwischen der ersten Sendefrequenz des ersten Ultraschallsignals und der zweiten Sendefrequenz des zweiten Ultraschallsignals liegen. Innerhalb des Ultraschallsensors können auch zwei Empfangspfade zum Empfangen des ersten Ultraschallsignals und zum Empfangen des zweiten Ultraschallsignals vorgesehen sein. In einem ersten Empfangspfad kann das Empfangssignal mit einem ersten Referenzsignal gemischt werden und in einem zweiten Empfangspfad kann das Empfangssignal mit einem zweiten Referenzsignal gemischt werden. Auch hier kann die Sendefrequenz und/oder die Mischfrequenz beziehungsweise die Mischfrequenzen an die erwartete Doppler-Verschiebung angepasst werden.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaft Ausgestaltungen davon ausgelegt. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, dass Anregungssignal zu bestimmen und an den Ultraschallsensor zu übertragen. Zudem ist das Steuergerät dazu ausgelegt, das Empfangssignal beziehungsweise das gemischte Empfangssignal von dem Ultraschallsensor zu empfangen und entsprechend auszuwerten.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät sowie zumindest einen Ultraschallsensor. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist.
Diese Ultraschallsensoren können dann verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren an den Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Ultraschallsensoren auch an anderen Fahrzeugbauteilen, beispielsweise an den Türen oder dergleichen, angeordnet werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Grundsätzlich können mithilfe des Fahrerassistenzsystems Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Falls erkannt wird, dass eine Kollision mit dem Objekt droht, kann eine entsprechende Warnung an den Fahrer ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zumindest semi-autonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem als Parkhilfesystem ausgebildet sein. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise als Bremsassistent beziehungsweise Notbremsassistent ausgebildet sein. Das Fahrerassistenzsystem kann auch dazu dienen, den Fahrer beim Einparken und/oder Ausparken des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Personenkraftwagen ausgebildet. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich auch um ein Nutzfahrzeug handeln.
Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts abgearbeitet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts abgearbeitet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Steuergerät, für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
2 einen Graph, welcher eine Sendefrequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals, eine Empfangsfrequenz des empfangenen Ultraschallsignals sowie eine Mischfrequenz eines Referenzsignals zeigt;
3 einen Graph, bei welchem im Vergleich zu dem Graph von 2 die Mischfrequenz erhöht wurde; und
4 einen Graph, bei welchem im Vergleich zu dem Graph von 2 die Sendefrequenz verringert wurde.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann als Bremsassistent ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 weist zumindest einen Ultraschallsensor 4 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfänger angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Empfangssignale bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Empfangssignals kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Abstände, die mit unterschiedlichen Ultraschallsensoren 4 bestimmt werden, berücksichtigt werden. Somit kann mittels Trilateration die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal, das von einem der Ultraschallsensoren 4 ausgesendet wurde, mit einem benachbarten Ultraschallsensor 4 empfangen wird. Dies wird auch als Kreuzmessung bezeichnet.
Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung mit einer Datenleitung verbunden ist. Vorliegend ist die Datenleitung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Über die Datenleitung können die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden des Ultraschallsignals angesteuert werden. Hierzu kann mit dem Steuergerät 5 ein Anregungssignal, welches eine Sendefrequenz f_s aufweist, an den Ultraschallsensor 4 übertragen werden. Hierdurch wird mit dem Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet, welches im Wesentlichen die Sendefrequenz f_s aufweist. Das ausgesendete Ultraschallsignal wird von dem Objekt 8 reflektiert und anschließend von dem Ultraschallsensor 4 empfangen. Mit dem Ultraschallsensor 4 wird dann das Empfangssignal bestimmt, welches das empfangenen beziehungsweise das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Das Empfangssignal weist eine Empfangsfrequenz f_R auf. Die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 bestimmten Empfangssignale werden kann an das Steuergerät 5 übertragen. Anhand der Sensorsignale kann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor eingreift, um das Kraftfahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
Wenn sich das Kraftfahrzeug 1 und das Objekt 8 während der Messung mit dem Ultraschallsensor 4 relativ zueinander bewegen, ergibt sich eine Doppler-Verschiebung. Diese Doppler-Verschiebung beschreibt die Verschiebung der Empfangsfrequenz f_R des Empfangssignals beziehungsweise des empfangenen Ultraschallsignals im Vergleich zu der Sendefrequenz f_s des Anregungssignals beziehungsweise des ausgesendeten Ultraschallsignals. Dies kann mit der nachfolgenden Formel beschrieben werden: $ƒ_{R} (\frac{c + ν_{c}}{c + ν_{o}}) (\frac{c - ν_{o}}{c - ν_{c}}) ƒ_{S}$
Hierbei beschreibt f_s die Sendefrequenz des Anregungssignals beziehungsweise des ausgesendeten Ultraschallsignals und f_R beschreibt die Empfangsfrequenz des Empfangssignals beziehungsweise des empfangenen Ultraschallsignals. Ferner beschreibt v_C die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und v_O beschreibt die Geschwindigkeit des Objekts 8. Des Weiteren beschreibt c die Schallgeschwindigkeit beziehungsweise die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals in der Luft.
Das ausgesendete Ultraschallsignal beziehungsweise das Anregungssignal kann entsprechend codiert oder moduliert werden. Auf diese Weise können die Ultraschallsignale der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 voneinander unterschieden werden. Beispielsweise kann es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal um ein amplitudenmoduliertes Signal handeln. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal beziehungsweise dem Anregungssignal um einen Chirp handelt. Wenn das Empfangssignal empfangen wird, wird dieses mit einem Referenzsignal gemischt, welches eine Mischfrequenz f_mix aufweist. Dies erfolgt mit einem entsprechenden Mischer, insbesondere einem IQ-Mischer. Bei einem solchen IQ-Mischer wird das Empfangssignal mit einem ersten Referenzsignal und mit einem zweiten Referenzsignal, das zu dem ersten Referenzsignal einen Phasenunterschied von 90° aufweist, gemischt. Im Anschluss daran kann eine entsprechende Filterung mit einem Tiefpassfilter und/oder eine Korrelation mit einem Korrelationssignal durchgeführt werden.
2 zeigt einen Graph, welcher die Anregungsfrequenz f_S, die Mischfrequenz f_mix und die Empfangsfrequenz f_R zeigt. In dem Graph ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen. Das Beispiel von 2 zeigt einen Fall, bei dem sich das Kraftfahrzeug 1 dem Objekt 8 annähert. Hier entspricht die Anregungsfrequenz f_S der Mischfrequenz f_mix. Ferner ist ein Bereich 10 gezeigt, welcher robust gegenüber der Doppler-Verschiebung ist. In diesem Bereich 10 kann beispielsweise bei einem amplitudenmodulierten Signal mit nachfolgender Bandpass-Filterung garantiert werden, dass die Empfangsfrequenz f_R innerhalb des Durchlassbereichs des Bandpass-Filters liegt. Bei einem Chirp-Signal kann in diesem Bereich 10 garantiert werden, dass die Empfangsfrequenz f_R innerhalb der Korrelation-Bandbreite ist. Vorliegend wird das Empfangssignal infolge des Doppler-Effekts derart verschoben, dass die Empfangsfrequenz f_R außerhalb dieses Bereichs 10 liegt. Darüber hinaus ist in 2 eine Übertragungsfunktion 11 des Ultraschallsensors 4 dargestellt.
Diese Übertragungsfunktion 11 ist durch die mechanischen Eigenschaften einer Membran und/oder eines Wandlerelements des Ultraschallsensors 4 begründet und beschreibt die Amplitude A des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz f. In diesem Fall ist die Amplitude A des Empfangssignals verhältnismäßig gering.
Vorliegend ist es vorgesehen, dass die Doppler-Verschiebung beziehungsweise die Empfangsfrequenz f_R abgeschätzt wird und die Sendefrequenz f_S und/oder die Mischfrequenz f_mix in Abhängigkeit von der Doppler-Verschiebung angepasst wird. Zu diesem Zweck kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt werden. Hierzu können entsprechende Geschwindigkeitsdaten, die die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben, herangezogen werden. Dabei kann angenommen werden, dass das Objekt 8 statisch ist. Darüber hinaus können mit den Ultraschallsensoren 4 zeitlich aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden und hierbei fortlaufend die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 bestimmt werden. In den meisten Szenarios, in denen die Ultraschallsensoren 4 eingesetzt werden, ist es wichtiger die Annäherung an das Objekt 8 zu bestimmen. Daher kann die Sendefrequenz f_S und/oder die Mischfrequenz f_mix entsprechend der erwarteten Empfangsfrequenz f_R verschoben werden.
Wenn beispielsweise die Sendefrequenz f_S 51200 Hz beträgt und sich das Kraftfahrzeug 1 mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s bewegt, kann nach der oben gennannten Formel angenommen werden, dass sich das Ultraschallsignal, das von einem statischen Objekt 8 reflektiert wird, um 1530 Hz erhöht. Wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 bekannt ist, kann die Mischfrequenz f_mix des Mischers auf 51200 Hz + 1530 Hz verschoben werden oder die Sendefrequenz kann auf 51200 Hz - 1530 Hz verschoben werden. Ferner kann sowohl die Mischfrequenz f_mix als auch die Sendefrequenz f_S angepasst werden.
Da die Übertragungsfunktion 11 des Ultraschallsensors 4 über den interessanten Frequenzbereich nicht konstant ist, können die zwei Methoden (Anpassung der Sendefrequenz f_S und Anpassung der Mischfrequenz f_mix) zu unterschiedlichen Amplituden A des Empfangssignals führen. Hierzu zeigt 3 einen Graph, bei welchem im Vergleich zu dem Beispiel von 2 die Mischfrequenz f_mix erhöht wurde. Hierdurch kann auch der Bereich 10 verschoben werden, wodurch erreicht werden kann, dass die Empfangsfrequenz f_R innerhalb des Bereichs 10 liegt. Allerdings weist das Empfangssignal mit seiner Empfangsfrequenz f_R eine geringe Amplitude A auf. Wenn in diesem Fall nur die Mischfrequenz f_mix verändert wird, kann die Amplitude A des Empfangssignals nicht beeinflusst werden.
Um diesem Problem zu entgegnen, kann zusätzlich die Sendefrequenz f_S angepasst beziehungsweise verringert werden, sodass die Empfangsfrequenz f_R innerhalb eines gewünschten Bereichs der Übertragungsfunktion 11 des Ultraschallsensors 4 liegt. Dies ist in 4 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass im Vergleich zu dem Beispiel von 2 die Sendefrequenz f_S verringert wurde. Auch hier kann erreicht werden, dass die Empfangsfrequenz f_R innerhalb des Bereichs 10 liegt. Zudem weist das Empfangssignal mit seiner Empfangsfrequenz f_R im Vergleich zu den Beispielen von 2 und 3 eine deutlich höhere Amplitude A auf. Insgesamt kann somit der Einfluss der Doppler-Verschiebung beim Betrieb der Ultraschallsensoren 4 berücksichtigt werden. Somit kann auch bei einer Relativbewegung zwischen Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 das Objekt 8 zuverlässig erkannt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (4) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welchem der Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal, welches zumindest eine Sendefrequenz (f_S) aufweist, angeregt wird, anhand des von einem Objekt (8) in einem Umgebungsbereich (9) des Kraftfahrzeugs (1) reflektierten und von dem Ultraschallsensor (4) empfangenen Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird und das Empfangssignal mit zumindest einem Referenzsignal, welches zumindest eine Mischfrequenz (f_mix) aufweist, gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppler-Verschiebung des Ultraschallsignals infolge einer Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug (1) und dem Objekt (8) abgeschätzt wird und die Sendefrequenz (f_S) und/oder die Mischfrequenz (f_mix) in Abhängigkeit von der abgeschätzten Doppler-Verschiebung verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird und die Doppler-Verschiebung in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug (1) und dem Objekt (8) fortlaufend anhand von Messungen mit dem Ultraschallsensor (4) bestimmt wird und die Doppler-Verschiebung in Abhängigkeit von einer Änderung der relativen Lage abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abschätzung der Doppler-Verschiebung angenommen wird, dass sich das Kraftfahrzeug (1) dem Objekt (8) annähert und/oder dass sich das Objekt (8) dem Kraftfahrzeug (1) annähert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz (f_S) bei der Veränderung verringert wird und/oder dass die Mischfrequenz (f_mix) bei der Veränderung erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Sendefrequenz (f_S) und/oder der Mischfrequenz (f_mix) in Abhängigkeit von einer Übertragungsfunktion (11) des Ultraschallsensors (4) durchgeführt wird, wobei die Übertragungsfunktion (11) eine Amplitude (A) des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz (f) beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal nach dem Mischen mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird und/oder mit einem vorbestimmten Korrelationssignal korreliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungssignal ein amplitudenmoduliertes Signal oder dass das Anregungssignal ein Chirp ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal mittels eines IQ-Mischer gemischt wird, wobei das Empfangssignal mit einem ersten Referenzsignal und mit einem zweiten Referenzsignal, das im Vergleich zu dem ersten Referenzsignal einen Phasenunterschied von 90° aufweist, gemischt wird.
Steuergerät (5) für eine Ultraschallsensorvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welches zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Steuergerät (5) nach Anspruch 10 und mit zumindest einem Ultraschallsensor (4).
Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Ultraschallsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts (5) abgearbeitet wird.
Computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts (5) geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts (5) abgearbeitet werden.