DE102020206622A1

DE102020206622A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls

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Publication number: DE102020206622A1
Application number: DE102020206622.1A
Authority: DE
Inventors: Katharina Maria Radermacher; Wilhelm Christopher von Rosenberg; Andrea Kirsch; Ulf Rueegg; Timo Winterling; Kathrin Klee; Sebastian Olbrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-02
Also published as: CN116134339A; WO2021239342A1; US20230264710A1; EP4158379A1; JP2023528351A; JP7463561B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls mit den folgenden Schritten vorgeschlagen.
Aussenden des Ultraschallpulses mit einem ersten Ultraschallwandler, wobei der Ultraschallpuls einen definierten Signalverlauf aufweist;
Empfangen eines Ultraschallsignals mit einem zweiten Ultraschallwandler; Berechnen einer frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit einem Filtersignal, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert;
Bestimmen einer Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal mittels eines Ergebnisses der berechneten Kreuzkorrelation;
Bestimmen der Geschwindigkeit des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, mittels der bestimmten Frequenzverschiebung.

Description

Stand der Technik
Eine hohe Bedeutung für eine Umsetzung eines zumindest teilautomatisierten Fahrens hat die Realisierung der Wahrnehmung bzw. Repräsentation der Umgebung (Perception). Dabei wird die Umgebung mittels Sensoren erfasst.
Sowohl für Fahrassistenz-Systeme, aber auch insbesondere im Bereich des zumindest teilautomatisierten Fahrens, ist es wichtig im Nahbereich eines Fahrzeugs relevante Objekte, wie z.B. andere Verkehrsteilnehmer nämlich Fußgänger, Fahrradfahrer, PKW, LKW etc. oder mögliche Hindernisse wie einen Zaun, Pfeiler, Wand etc. zu erkennen, um Kollisionen zu vermeiden. Darüber hinaus muss das System eingerichtet sein, stets gemäß der Gesetzgebung reagieren zu können.
Für diesen Nahbereich werden in aktuellen Ultraschall-Systemen die Laufzeiten bzw. Ultraschall-Echos von Ultraschallpulsen zwischen Sender, Reflexionsort und Empfänger gemessen. Ein Ultraschallsensor kann dabei in ein und demselben Messzyklus gleichzeitig Sender und Empfänger sein. Mittels einer geeigneten Kombination bzw. Tri- oder Multilateration mehrerer solcher Ultraschall-Echos lassen sich die räumlichen Koordinaten von Reflexpunkten des reflektierenden Objektes bestimmen. Sind die sendenden bzw. empfangenden Ultraschall-Sensoren nicht nur in einem horizontalen Sensor-Array sondern zusätzlich vertikal zueinander angeordnet, können neben x- und y-Positionen auch z-Koordinaten, also eine Höheninformation, bestimmt werden.
Offenbarung der Erfindung
Typischerweise werden in heutigen Fahrassistenz- und Einpark-Systemen die Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallwandler vornehmlich horizontal zueinander verbaut und die resultierenden x- und y-Positionsdaten bislang nur verwendet, um entweder mögliche Hindernisse zu detektieren oder aber anhand des Fahrzeugumfeldes ein Parkmanöver zu berechnen. Neben diesen Positionsdaten stehen dem System aber keine weiteren Informationen z.B. zur Geschwindigkeit der detektierten Objekte zur Verfügung.
Somit wird typischerweise eine statische Umgebung vorausgesetzt bzw. eine potentielle Eigenbewegung der reflektierenden Objekte vernachlässigt, d.h. alle detektierten Objekte werden mangels Alternativen als bewegungslos angenommen.
Zur Geschwindigkeitsbestimmung mittels Ultraschall-Signalen wäre es möglich, Ultraschall-Signale mittels einer zeitlichen Analyse, basierend auf zwei zusammengehörigen, zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallsignalen zu einem Ultraschallsignal-Paar zu kombinieren, um so auf eine Relativgeschwindigkeit schließen zu können. Aufgrund von häufig bei diesem Analyse-Verfahren auftretenden Mehrdeutigkeiten bzw. Falschberechnungen, ist dieser Ansatz aber nicht praktikabel und verlässlich genug um im Straßenverkehr eingesetzt zu werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls, ein Verfahren zur Bereitstellung eines Steuersignals, eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch ein auf einen Ultraschallwandler hin- bzw. davon wegbewegtes Objekt, das einen Ultraschallpuls reflektiert, eine Dopplerverschiebung der Frequenz des Ultraschallpulses bewirkt wird. Insbesondere ergibt sich aufgrund des Dopplereffektes bei einer positiven Relativgeschwindigkeit eine Frequenzerhöhung und bei einer negativen Relativgeschwindigkeit eine Frequenzerniedrigung der empfangenden Ultraschall-Signale. Dieser Effekt kann genutzt werden, um die Geschwindigkeit des betreffenden Objektes relativ zum empfangenden Sensor zu bestimmen.
In dieser gesamten Beschreibung der Erfindung ist die Abfolge von Verfahrensschritten so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen Ergebnis führen. In diesem Sinne kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechend geändert werden und ist somit auch offenbart.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls mit den folgenden Schritten vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird der Ultraschallpuls mit einem ersten Ultraschallwandler ausgesendet, wobei der Ultraschallpuls einen definierten Signalverlauf aufweist. In einem weiteren Schritt wird ein Ultraschallsignal mit einem zweiten Ultraschallwandler empfangen. In einem weiteren Schritt wird eine frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit einem Filtersignal berechnet, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert. In einem weiteren Schritt wird eine Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal mittels eines Ergebnisses der berechneten Kreuzkorrelation bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die Geschwindigkeit des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, mittels der bestimmten Frequenzverschiebung bestimmt.
Dabei ist der Ultraschallpuls mit dem definierten Signalverlauf ein von dem Ultraschallwandler in Richtung auf möglicherweise Ultraschall reflektierende Objekte ausgesendetes Schallsignal mit einer Frequenz im Bereich des Ultraschalls, wobei der Signalverlauf in Bezug auf einen zeitlichen und frequenzmäßigen Verlauf definiert ist.
Der Signalverlauf des Ultraschallpulses ist auf den Verlauf des Filtersignals abgestimmt, um mittels der frequenzmäßigen Kreuzkorrelation ein eindeutiges Ergebnis in Bezug auf eine Frequenzverschiebung des ausgesendeten Ultraschallpulses im Verhältnis zum empfangenden Ultraschallsignal bestimmen zu können.
Der definierte Signalverlauf kann dabei insbesondere eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweisen, dass sich bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation ergibt.
Insbesondere kann der erste Ultraschallwandler gleich dem zweiten Ultraschallwandler sein, da typischerweise die Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch als Empfänger von Ultraschall geeignet ist und ein empfangenes Ultraschall-Signal in elektrische Signale umsetzen kann, die dann weiter ausgewertet werden können. Der Ultraschallpuls kann aber auch von einem oder mehreren Ultraschallwandlern gleichzeitig ausgesendet werden und von einer Vielzahl von identischen oder zusätzlichen Ultraschallwandlern detektiert bzw. empfangen werden.
Eine relative Geschwindigkeit v_rel des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls mit der Frequenz f_USP reflektiert hat, zu dem empfangenen Ultraschallwandler, der das Ultraschallsignal mit der Frequenz f_USE empfängt, kann auf Grund der Dopplerverschiebung entsprechend dem mathematisch physikalischen Zusammenhang folgendermaßen berechnet werden: $f_{USE} = f_{USP} * (c_{s} + v_{rel}) / (c_{s} - v_{rel})$
dabei ist c_s die Schallgeschwindigkeit.
Vorteilhafterweise kann mit diesem Verfahren die Relativ-Geschwindigkeit des reflektierten Objektes als direkte Messgröße mittels der Frequenzverschiebung Δf für jedes Einzel-Echo zusätzlich erfasst werden und muss nicht über ein aufwendiges Tracking-Verfahren oder eine Echopaar-Gruppierungs-Analyse und den damit verbundenen Verzögerungszeiten, Mehrdeutigkeiten und/oder Fehlzuordnungen, hergeleitet werden.
Generell messen Ultraschall-Systeme Laufzeiten eines gesendeten Ultraschallpulses von einem aussendenden Ultraschallwandler zum reflektierenden Objekt und zurück zu einem empfangenden Ultraschallwandler.
Mit dem Verfahren kann also, zusätzlich zu den von Ultraschallsystemen gemessenen Daten wie z.B. Echodistanzen, Rückstreuwerte, Trace probability, etc., die Relativgeschwindigkeit des detektierten Objektes bestimmt werden.
Insbesondere für ein mögliches Anwendungsgebiet im zumindest teilautomatisierten Fahren ist dieser Informationsgewinn von Vorteil, zumal dies auch ermöglicht das Fahrzeugumfeld deutlich differenzierter wahrzunehmen, da eine Unterscheidung zwischen statischem Objekt oder dynamischem Objekt mit konstanter Geschwindigkeit oder bzw. mit konstanter Beschleunigung und /oder „constant heading“, etc. ermöglicht wird. Somit kann mit Ultraschallsystemen mit diesem Verfahren das direkte Fahrzeugumfeld umfänglich erfasst werden und mögliche Hindernisse bzw. weitere Verkehrsteilnehmer sicher detektiert und lokalisiert werden.
Somit ist die Geschwindigkeit eines reflektierenden Objektes bereits im ersten bzw. demselben Messschritt, also in Echtzeit vorhanden. Vorteilhafterweise ist so eine Unterscheidung der gemessenen Ultraschall-Objekte in Bezug auf ein statisches bzw. dynamisches Verhalten möglich.
Darüber hinaus können zwei Ultraschallsignale bzw. Ultraschallechos, die zeitlich bisher nicht auflösbar waren, zusätzlich über das lokale Maximum der Kreuzkorrelation im Frequenz-Bereich separiert werden. D. h. durch die Frequenzverschiebung eines Ultraschallsignals gegenüber dem ausgesendeten Ultraschallpuls können zwei gleichzeitig empfangene Ultraschallsignale, wie beispielsweise von zwei Hindernissen in einer gleichen Entfernung, durch eine evtl. unterschiedliche Frequenzverschiebung aufgrund von ggf. unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zum Ultraschallsystem getrennt werden.
Mit diesem Informationsgewinn ist ein Fahrzeugumfeld deutlich differenzierter wahrzunehmen, da die identifizierten Objekte, die den Ultraschallpuls reflektieren, in Bezug auf statisches oder dynamisches Verhalten wie: konstante Geschwindigkeit; konstante Beschleunigung; „constant heading“; Bestimmung von Trajektorien, etc. unterschieden werden können.
Insbesondere kann mittels zwei vom gleichen Sender/Empfänger-Paar von Ultraschallwandlern erzeugten, zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallsignalen, bei bekannter Geschwindigkeit und bekannter Veränderung der Reflexpunkt-Distanz mit der Zeit, auf ein „constant heading“ geschlossen werden.
Durch die bessere Zuordnung von empfangenen Ultraschallsignalen, die mit der Geschwindigkeitsinformation möglich ist, ergibt sich auch eine verbesserte Bestimmung der Reflexpunkte.
Insbesondere führt eine von der Frequenzverschiebung unabhängige Ermittlung des Zeitpunkts und damit der Distanz des empfangenen Ultraschallsignals zu einer verbesserten Bestimmung der Reflexpunkte.
Auch eine Echo-Auswahl kann durch die zusätzliche Information über die Geschwindigkeit des reflektierenden Objektes verbessert werden. Denn für die Bestimmung einer Position von (Multi-)Objekten, müssen die einzelnen empfangenen Ultraschallsignale miteinander kombiniert bzw. lateriert werden. Zur Einsparung von Rechenressourcen und zur Reduzierung der Komplexität werden zunächst physikalisch unrealistische Ultraschallsignal-Kombinationen ausgeschlossen. Zusätzlich zu der bisherigen geometrischen Betrachtung aufgrund von Entfernungswerten kann jetzt zusätzlich der Geschwindigkeitswert herangezogen werden. Dies ermöglicht es auch zwei zeitlich nahe beieinanderliegende Ultraschallsignale mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten sinnvoll zu separieren. Zusätzlich wird ermöglicht, den Reflexpunkten, aufgrund der Information über die Ultraschallsignale, Relativgeschwindigkeiten zuzuordnen.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eine zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal berechnet wird.
Eine solche zweidimensionale Korrelation, d. h. eine Kreuzkorrelation zwischen einem definierten Signalverlauf des Ultraschallpulses g und einem Filtersignal a, die sowohl im Zeit als auch im Frequenzbereich durchgeführt wird, kann mathematisch in folgender Weise berechnet werden: $(g * h) (t_{0}, ƒ_{0}) = \iint \bar{g (t, ƒ)} h (t + t_{0}, ƒ + ƒ_{0}) d t d f = \iint \bar{g (t + t_{0}, ƒ + ƒ_{0})} h (t, ƒ) d t d ƒ$
Entsprechend ergibt sich für eine Berechnung in diskreten Zeitschritten: $(g * h) (t_{0}, ƒ_{0}) = \sum_{t_{0}, ƒ_{0}} \bar{g (t, ƒ)} h (t + t_{0}, ƒ + ƒ_{0}) = \sum_{t_{0}, ƒ_{0}} \bar{g (t + t_{0}, ƒ + ƒ_{0})} h (t, ƒ)$
Der definierte Signalverlauf kann dabei insbesondere eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweisen, dass bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation bestimmt werden kann. Mit anderen Worten wird das Filtersignal entsprechend einem ,matched filter' ausgesucht um eineindeutige Ergebnisse der Kreuzkorrelation zu erzielen, bzw. zu erreichen, dass Filtersignal und Ultraschallsignal zeitlich und in Frequenz genau übereinanderliegen können. Dazu muss das Filtersignal aber nicht die identische Form des ausgesendeten Ultraschallpulses aufweisen. Beispiele für solche definierte Signalverläufe des Ultraschallpulses sind eine einfache Frequenzrampe über der Zeit; ein Signalverlauf bei dem die Frequenz linear in der Zeit zunimmt (Up-Chirp) und wieder abnimmt (Down-Chirp); oder die umgekehrte Form, indem die Frequenz über der Zeit in einem ersten Zeitintervall beispielsweise linear abnimmt und dann linear wieder zunimmt. Auch ein zeitlich definierter Ultraschallpuls mit einer konstanten Frequenz über einen bestimmten Zeitraum kann verwendet werden, da die Korrelation sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz bestimmt wird. Aus einer solchen zweidimensionalen Korrelation in der Zeit und in der Frequenz kann ein zweidimensionaler Plot der Werte der Korrelation über der Zeit und der Frequenz erstellt werden, der eine Vielzahl von Maxima aufweisen kann. Aus diesem Plot kann dann sowohl die Laufzeit eines Ultraschallpulses als auch eine Frequenzverschiebung des empfangenen Ultraschallsignals gegenüber dem ausgesendeten Ultraschallpuls abgelesen werden.
Aus der Korrelation in der Zeit kann eine Entfernung ds eines reflektierenden Objektes vom Ultraschallwandler berechnet werden: $d_{s} = c_{s} * (t_{D} - t_{0}) / 2$
Wobei es die Schallgeschwindigkeit ist und t_D der Zeitpunkt des Empfangens des Ultraschallsignals und to der Zeitpunkt des Aussendens des Ultraschallpulses.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass sich eine Frequenz des definierten Signalverlaufs zeitlich ändert.
Durch diese zeitliche Änderung des Signalverlaufs kann das empfangene Ultraschallsignal definiert einem ausgesendeten Ultraschallpuls zugeordnet werden.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der definierte Signalverlauf eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweist, dass sich bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation ergibt. Dadurch kann ein Ultraschallsignal mit einem Signalverlauf, der eine Veränderung der Frequenz über der Zeit aufweist, eindeutig einem ausgesendeten Ultraschallpuls zugeordnet werden.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der erste Ultraschallwandler gleich dem zweiten Ultraschallwandler ist.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eine Laufzeit des Ultraschallpulses mittels einer Amplitude eines zeitlichen Anteils der berechneten zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation zur Lokalisierung des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, bestimmt wird.
Durch die beschriebene zweidimensionale Kreuzkorrelation, die sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz vorgenommen wird, kann die Laufzeit eines ausgesendeten Ultraschallpulses anhand des empfangenen Ultraschallsignals bestimmt werden und durch die zusätzliche frequenzmäßige Kreuzkorrelation können Ultraschallsignale, die von Objekten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit reflektiert wurden, diskriminiert werden.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals verwendet wird, um dem Ultraschallsignal ein Objekt zuzuordnen. Wie schon oben beschrieben wurde, kann über den Dopplereffekt die Frequenzverschiebung auf einen Geschwindigkeitsunterschied zurückgeführt werden und somit ist es möglich Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu diskriminieren. Dies ermöglicht auch physikalisch unrealistische Kombinationen von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Reflexpunkten aufgrund der zusätzlichen Information über die Geschwindigkeit auszuschließen.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass mittels der jeweiligen Frequenzverschiebung eines jeweiligen Ultraschallsignals eines Ultraschallpulses, das von einer Vielzahl von Ultraschallwandlern empfangen wird, die Geschwindigkeit eines Objektes bestimmt wird.
Mittels der Information über die Geschwindigkeit des Ultraschallsignals von einem reflektierenden Objekt ist es somit möglich aus den laterierten Reflexpunkten, die einem Objekt zugeordnet werden können, die relative Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung einem Objekt zuzuordnen.
Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass Reflexpunkte mittels Lateration aus einer Vielzahl von Ultraschallpulsen und einer Vielzahl von Ultraschallsignalen bestimmt werden und mittels der Frequenzverschiebung der jeweiligen Ultraschallsignale die Vielzahl von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Reflexpunkten gruppiert werden.
Ultraschallsignale werden über Sensor-Arrays bzw. Arrays aus Ultraschallwandlern aufgezeichnet, die entweder vorne und/oder hinten und/oder seitlich an einem Fahrzeug montiert sein können. Generell messen die Sensoren von Ultraschall-Systemen die Laufzeiten eines ausgesendeten Ultraschallpulses von einem aussendenden Ultraschallwandler zum reflektierenden Objekt und zurück zu einem empfangenden Ultraschallwandler. Dabei kann der empfangende Ultraschallwandler identisch oder unterschiedlich zu dem aussendenden Ultraschallwandler sein. Wird ein reflektierter Ultraschallpuls von mehreren Ultraschallwandlern empfangen, kann durch Lateration der aus den Laufzeiten bestimmten Laufwege („Echos“) die Position des reflektierenden Objektes bestimmt werden. Darüber hinaus kann das Sensor-Array entweder ein- oder zweireihig in einer oberen und einer darunter angeordneten Reihe positioniert werden, woraus der Vorteil resultiert, dass neben einer Bestimmung einer x- und y-Position auch eine Bestimmung einer z-Position, also eine Höheninformation der Reflexionspunkte möglich ist.
Wenn eine Vielzahl von Ultraschallpulsen ausgesendet wird und die einzelnen definierten Signalverläufe so gewählt sind, dass sie voneinander unterschieden werden können, können über den Empfang von Ultraschallsignalen, die insbesondere von einer Vielzahl von Ultraschallwandlern empfangen werden, und die Ultraschallwandler räumlich voneinander getrennt sind, Ultraschall-Reflexpunkte des reflektierenden Objektes räumlich bestimmt werden. Wenn dabei die Ultraschallwandler, die die Ultraschallsignale empfangen, sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sind, kann auch eine dreidimensionale Bestimmung der Reflexpunkte durchgeführt werden.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das entsprechend dem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes eine Frequenzverschiebung bestimmt, und basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Steuersignal zur Ansteuerung eines zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass entsprechend dem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes eine Frequenzverschiebung bestimmt wird, und basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird.
Der Begriff „basierend auf“ ist in Bezug auf das Merkmal, dass ein Steuersignal basierend auf einer bestimmten Frequenzverschiebung bereitgestellt wird, breit zu verstehen. Es ist so zu verstehen, dass die bestimmte Frequenzverschiebung für jedwede Bestimmung oder Berechnung eines Steuersignals herangezogen wird, wobei das nicht ausschließt, dass auch noch andere Eingangsgrößen für diese Bestimmung des Steuersignals herangezogen werden. Sinngemäß gilt das ebenso für das Warnsignal.
Es wird eine Vorrichtung angegeben, die eingerichtet ist, ein Verfahren wie es oben beschrieben ist, durchzuführen. Mit einer solchen Vorrichtung kann das Verfahren leicht in unterschiedliche Systeme integriert werden.
Es wird ein Computerprogramm angegeben, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Ein solches Computerprogramm ermöglicht den Einsatz des beschriebenen Verfahrens in unterschiedlichen Systemen.
Es wird ein maschinenlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das oben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 und 2 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

1 einen definierten Signalverlauf eines Ultraschallpulses und eines Ultraschallsignals, das in der Frequenz verschoben ist;
2 einen Plot einer zweidimensionalen Kreuzkorrelation und Projektionen.

1 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines ausgesendeten Ultraschallpulses 120, also einen definierten Signalverlauf, bei dem die Frequenz f des Ultraschallpulses 120 beginnend zum Zeitpunkt t_-1 linear von einem Wert fMIN mit der Zeit t bis zum Zeitpunkt to auf einen Wert fMAX zunimmt und dann die Frequenz linear bis zum Zeitpunkt t₁ wieder auf den Wert fMIN abnimmt. In Folge des Dopplereffektes kann aus diesem Ultraschallpuls 120 ein in der Frequenz verschobenes Ultraschallsignal 110 resultieren, das in dem Diagramm 100 der 1 zusätzlich eingezeichnet ist. Da in diesem Beispiel der Verlauf der Frequenz des Ultraschallpulses 120 in Richtung auf höhere Frequenzen verschoben ist, bewegt sich das Objekt auf den empfangenden Ultraschallwandler zu.
Ein mögliches Filtersignal 135 ist in dem Diagramm 130 gezeigt, das einen dem Ultraschallpuls entsprechenden Frequenzverlauf über der Zeit hat, was in dem Diagramm 130 durch eine Form des Frequenzverlaufs 135 über der Zeit, der dem Verlauf des Signals des Ultraschallpulses entspricht, angedeutet ist.
In der 1 ist dadurch zu erkennen, dass eine zeitliche Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals 110 mit dem Filtersignal 135 eine eindeutige Zuordnung des Ultraschallsignals 110 in der Zeit mit diesem definierten Signalverlauf des Ultraschallsignals ermöglicht. Aus diesem Bild ist abzulesen, dass eine zeitliche Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals 110 mit dem Filtersignal 135 zum Zeitpunkt to ein Maximum ausweisen würde.
Die 2 skizziert ein mögliches Ergebnis einer zweidimensionalen Kreuzkorrelation in der Zeit und in der Frequenz. In dem Diagramm 210 ist das Ergebnis, d. h. der Wert, einer solchen Kreuzkorrelation über der Zeit t und über der Frequenz f aufgetragen. Dabei sind fünf Ultraschallsignale 211, 212, 213, 214, 215 zu erkennen, die jeweils ein Maximum 211m, 212m, 213m, 214m, 215m aufweisen, das für die Ultraschallsignale 212, 213, 214, 215 gegenüber einem Ultraschallsignal 211 von einem nicht bewegten statischen Objekte mit dem Maximum 211m bei der Frequenz fo verschoben ist. Das Maximum des Ultraschallsignals 211 von einem statischen Objekt liegt also hier bei einer Frequenz f_S, die der des ausgesendeten Ultraschallpulses f₀ entspricht. Die zwei nächsten Echo-Signale 212, 213 in der Mitte wurden von einem Objekt mit negativer Relativgeschwindigkeit reflektiert, woraus eine Frequenzabnahme resultiert. Die zwei rechten Echo-Signale 214, 215 rechts im Plot, wurden von einem Objekt mit positiver Relativgeschwindigkeit reflektiert und zeigen daher eine Frequenzerhöhung.
Diese Frequenzverschiebung f ist für das Ultraschallsignal 212 in dem Diagramm 230 der 2 zur Verdeutlichung über dem Wert K_F der frequenzmäßigen Kreuzkorrelation als Projektion auf die Frequenzachse aufgetragen.
Das Diagramm 220 der 2 skizziert entsprechend den Verlauf eines Wertes K_T einer Korrelation von Ultraschallsignalen mit dem Filtersignal, wobei die Laufzeiten t₂, t₃, t₄, t₅, t₆ der unterschiedlichen Ultraschallsignale 211, 212, 213, 214, 215 in eine Entfernung des Objektes von dem jeweiligen empfangenden Ultraschallwandler umgerechnet werden können. D.h. das Diagramm 220 zeigt eine Projektion des Ergebnisses der zweidimensionalen Kreuzkorrelation auf den Zeit-Bereich und das Diagramm 230 die Projektion auf den Frequenz-Bereich.
Das bedeutet, dass mit diesem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls ein Ultraschallpuls mit einem ersten Ultraschallwandler ausgesendet wird, der einen definierten Signalverlauf aufweist. Das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wird mit einem zweiten Ultraschallwandler, der identisch zu dem ersten Ultraschallwandler sein kann, empfangen. Durch eine frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert, kann eine Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal wie beschrieben bestimmt werden. Die Geschwindigkeit des Objektes, das den Ultraschallpuls reflektiert hat kann dann entsprechend dem Dopplereffekt berechnet werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls mit den Schritten: Aussenden des Ultraschallpulses mit einem ersten Ultraschallwandler, wobei der Ultraschallpuls einen definierten Signalverlauf aufweist; Empfangen eines Ultraschallsignals mit einem zweiten Ultraschallwandler; Berechnen einer frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit einem Filtersignal, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert; Bestimmen einer Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal mittels eines Ergebnisses der berechneten Kreuzkorrelation; Bestimmen der Geschwindigkeit des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, mittels der bestimmten Frequenzverschiebung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine Frequenz des definierten Signalverlaufs zeitlich ändert.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der definierte Signalverlauf eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweist, dass sich bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum (211m, 212m, 213m, 214m) in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation ergibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ultraschallwandler gleich dem zweiten Ultraschallwandler ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Laufzeit des Ultraschallpulses mittels einer Amplitude eines zeitlichen Anteils der berechneten zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation zur Lokalisierung des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals verwendet wird, um dem Ultraschallsignal ein Objekt zuzuordnen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der jeweiligen Frequenzverschiebung eines jeweiligen Ultraschallsignals eines Ultraschallpulses, das von einer Vielzahl von Ultraschallwandlern empfangen wird, die Geschwindigkeit eines Objektes bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ReflexPunkte mittels Lateration aus einer Vielzahl von Ultraschallpulsen und einer Vielzahl von Ultraschallsignalen bestimmt werden, und mittels der Frequenzverschiebung der jeweiligen Ultraschallsignale die Vielzahl von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Reflexpunkten gruppiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Steuersignal zur Ansteuerung eines zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs bereitgestellt wird; und/oder basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird.
Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.