DE102010051486A1

DE102010051486A1 - Verfahren zur ultraschallbasierten Vermessung zumindest eines Teils des Umfelds eines Kraftfahrzeugs, Ultraschallmessvorrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010051486A1
Application number: DE102010051486A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nagler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Verfahren zur ultraschallbasierten Vermessung zumindest eines Teils des Umfelds eines Kraftfahrzeugs (1), insbesondere eines vor und/oder eines hinter und/oder wenigstens eines seitlich neben dem Kraftfahrzeug (1) liegenden Bereichs, wobei eine Ultraschallmessvorrichtung (2) mit wenigstens einer, insbesondere wenigstens drei, zum Senden und Empfangen ausgebildeten, beabstandet positionierten Wandlervorrichtung (3) verwendet wird und wobei wenigstens eine Laufzeit wenigstens eines Ultraschallsignals (12) betrachtet wird, wobei ein kraftfahrzeugspezifisches und/oder wandlerspezifisches Ultraschallsignal (12) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ultraschallbasierten Vermessung zumindest eines Teils des Umfelds eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vor und/oder eines hinter und/oder wenigstens eines seitlich neben dem Kraftfahrzeug liegenden Bereichs, wobei eine Ultraschallvorrichtung mit wenigstens einer, insbesondere drei, zum Senden und Empfangen ausgebildeten, beabstandet positionierten Wandlervorrichtungen verwendet wird, und wobei wenigstens eine Laufzeit wenigstens eines Ultraschallsignals betrachtet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine zugehörige Ultraschallmessvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ultraschallvorrichtung.
Ultraschallmessvorrichtungen werden heutzutage in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Informationen über Objekte in der näheren Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erhalten. So werden Ultraschallmessvorrichtungen häufig Parkhilfen oder dergleichen zugeordnet, wobei festgestellt werden soll, ob sich ein Objekt im für den Einparkvorgang relevanten Bereich befindet und welchen Abstand dies zum Kraftfahrzeug aufweist.
Allgemein bekannt sind Systeme, die nach dem Echolotprinzip funktionieren. Hierzu ist eine Wandlervorrichtung mit einem Sender und einem Empfänger notwendig, wobei Sender und Empfänger vorteilhafterweise als ein einziger Ultraschallwandler realisiert werden können, der dann zwischen einem Sendebetrieb und einem Empfangsbetrieb umgeschaltet wird.
Bei solchen Ultraschallmessvorrichtungen sendet ein einziger Sender einen kurzen Ultraschallimpuls (Ultraschallsignal) aus, welcher an einem zu messenden Objekt reflektiert wird und von dort aus wieder zum Empfänger gelangt, der wie beschrieben dem Sender entsprechen kann. Da die Geschwindigkeit des Schallsignals genauso bekannt ist wie die Zeit, die zwischen dem Senden und dem Empfangen verging, kann die Strecke, die das Ultraschallsignal zurückgelegt hat, ermittelt werden.
Aufgrund des Messprinzips kann bei einer solchen Verwendung eines einzigen Senders/Empfängers jedoch jeweils nur die radiale Entfernung des reflektierenden Objekts zu der Wandlervorrichtung gemessen werden, das bedeutet, aus einer einzelnen Messung ergibt sich nur die Information, auf welcher Kugeloberfläche sich das detektierte Objekt befindet beziehungsweise auf welcher Kreisbahn das Objekt befindlich ist, wenn eine zweidimensionale Betrachtung angestellt wird.
Um die Positionsbestimmung zu verbessern wurde vorgeschlagen, nicht nur eine direkte Zeitmessung zu verwenden, sondern zusätzlich auch noch eine indirekte Messung zur Plausibilisierung zu verwenden. Dabei ist es bekannt, wenigstens mehrere Ultraschallempfänger, häufig jedoch einfach mehrere Wandlervorrichtungen mit einem Sender und einem Empfänger zu verwenden, wobei von einem Sender ein Ultraschallsignal ausgesendet wird. Nach dem Aussenden des Ultraschallsignals kann dann, wenn ein kombinierter Sende-/Empfangswandler verwendet wird, der Sender auf Empfangen umgestellt werden. Nun wird jedoch nicht nur das reflektierte Signal an der Wandlervorrichtung gemessen, die auch gesendet hat, sondern auch benachbarte Ultraschall-Sensoren empfangen die Echos, so dass sich ein Segment bestimmen lässt, in dem sich das vermessene Objekt liegt. Beispielsweise können vor und hinter dem Kraftfahrzeug jeweils vier derartige Segmente vorgesehen sein.
Werden mehrere Wandlervorrichtungen, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen ausgebildet sind, verwendet, so ist es bekannt, zur Lokalisierung eines Objekts nacheinander jeweils ein Ultraschallsignal von jeweils einem Sender aussenden zu lassen und die reflektierten Ultraschallsignale mit dieser Wandlervorrichtung und den üblichen Wandlervorrichtungen zu vermessen.
Ein hauptsächliches Problem der bekannten Ultraschallmessvorrichtungen ist es, dass häufig Störschall aus verschiedenen Störschallquellen mit vermessen wird und die Messung stört. Problematisch sind dabei auch insbesondere andere Kraftfahrzeuge, die sich in der Nähe befinden und selbst Ultraschallsignale aussenden, um mit ihrer Ultraschallmessvorrichtung Bereiche im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu vermessen. Diese Ultraschallsignale lassen sich dann nicht von denen des eigenen Kraftfahrzeugs unterscheiden, so dass deutliche Störeffekte bei den Messungen auftreten können.
Ein anderes Problem der bekannten Ultraschallmessvorrichtungen ist es, dass auf Änderungen, die zwischen den einzelnen Messungen, also den aufeinanderfolgenden Messungen mit verschiedenen Wandlervorrichtungen, auftreten, die Genauigkeit der Messung weiter verschlechtern. So kann sich die Position eines zu vermessenden Objekts genauso verändern wie sich der Störschall in der Umgebung verändern kann und somit einen anderen Einfluss auf die Ultraschallmessung nehmen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Ultraschallmessvorrichtung anzugeben, die eine größere Robustheit gegenüber Störschall aufweisen und eine genauere Vermessung der Umgebung erlauben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein kraftfahrzeugspezifisches und/oder wandlerspezifisches Ultraschallsignal verwendet wird.
Es wird also vorgeschlagen, dem Ultraschallsignal eine für das Kraftfahrzeug, bevorzugt für die sendende Wandlervorrichtung, spezifische Information aufzuprägen. Das bedeutet, der Sende-Ultraschallimpuls wird sozusagen markiert, so dass die empfangenden Wandlervorrichtungen durch Extraktion dieser zusätzlichen Information das Ultraschallsignal dem Kraftfahrzeug oder gar der sendenden Wandlervorrichtung zuordnen können. Auf diese Weise ist es möglich, dass nur die vom eigenen Kraftfahrzeug beziehungsweise von den Wandlern des Kraftfahrzeugs stammenden Signale ausgewertet werden.
Durch die aufgeprägte Information kann mithin unterschieden werden, ob es sich um ein tatsächlich von der Ultraschallmessvorrichtung ausgesandtes Ultraschallsignal handelt, das reflektiert wurde, oder ob es sich beispielsweise um Störschall oder ein Ultraschallsignal von einem anderen Kraftfahrzeug handelt, nachdem sich die aufgeprägten Informationen im letzteren Fall ja unterscheiden. Damit wird das System robust gegenüber Störschalleinflüssen, so dass eine bessere und verlässlichere Objektdetektion im Umfeld des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. Die Anfälligkeit gegenüber Fremdschall beziehungsweise Störschall (beispielsweise von Kompressoren, Bremsen, Regen, Wind, etc.) kann stark reduziert werden. Wird ein wandlerspezifisches Ultraschallsignal, letztlich also eine wandlerspezifische aufgeprägte Information, verwendet, kann das empfangene Ultraschallsignal dem entsprechenden Sender, also der entsprechenden Wandlervorrichtung, zugeordnet werden.
Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal phasenmoduliert wird, insbesondere durch Schmalband-Phasenmodulation. Bei der Phasenmodulation wird bei konstanter Trägeramplitude die Phasenlage des Trägersignals moduliert. Zur Phasenmodulation kann eine geeignete Elektronik als Teil der Wandlervorrichtung und/oder einer Steuereinrichtung vorgesehen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere wandlerspezifische Ultraschallsignale gleichzeitig ausgesandt werden und empfangene Ultraschallsignale durch Auswertung einer sendenden Wandlervorrichtung zugeordnet werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene „Markierung” der Ultraschallsignale ist es mithin erstmals möglich, mehrere Wandlervorrichtungen gleichzeitig senden zu lassen, wobei aufgrund der aufgeprägten Information ein von einem Empfänger empfangenes Ultraschallsignal dennoch dem korrekten sendenden Wandler zugeordnet werden kann. Der Sende-Ultraschallimpuls wird mithin gleichzeitig beziehungsweise synchron von allen Wandlervorrichtungen abgegeben, wonach beispielsweise alle Wandlervorrichtungen auf Empfang geschaltet werden und die entsprechenden reflektierten Ultraschallsignale empfangen können. Auf diese Weise wird die Qualität der Messung weiter erhöht, nachdem zeitlich veränderliche Einflüsse, beispielsweise bei sich bewegenden Objekten oder zeitlich veränderlichem Störschall, keinen Einfluss mehr auf die Messung haben. So wird eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Messung, insbesondere im Rahmen einer Positionsbestimmung, erreicht.
Es kann vorgesehen sein, dass drei oder vier Ultraschallsignale gleichzeitig gesendet werden. Dies ist insbesondere im Rahmen einer dreidimensionalen Positionsbestimmung eines Objekts, an dem die Ultraschallsignale reflektiert werden, sinnvoll, nachdem bei drei Laufzeiten auch drei Abstände existieren, im einfachen Beispiel also drei Kugeloberflächen bekannt sind, auf denen sich das Objekt befinden muss, dass der Schnittpunkt betrachtet werden kann, um eine Ortsbestimmung vorzunehmen. Wird in einer solchen Anordnung auch eine vierte Wandlervorrichtung verwendet, so ist gleichzeitig eine Plausibilisierung möglich. Somit wird die Hindernis-Lokalisierung bei einem Kraftfahrzeug wesentlich verbessert.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass durch das gleichzeitige Aussenden von Ultraschallsignalen durch verschiedene Wandlervorrichtungen auch die Aktualisierungsrate der Messdaten der Ultraschallvorrichtung erhöht wird, nachdem letztlich auch dann, wenn benachbarte Sensoren reflektierte Ultraschallsignale ebenfalls aufnehmen sollen, nur eine einzige Sendephase und eine einzige Empfangsphase notwendig sind statt bisher beispielsweise vier Send- und Empfangsphasen bei vier Wandlervorrichtungen.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus den Laufzeiten empfangener, einen unterschiedlichen Weg von dem Sender zu dem Empfänger zurücklegender Ultraschallsignale eine Ortsinformation bezüglich eines die Ultraschallsignale reflektierenden Objekts ermittelt wird. Eine derartige Ermittlung einer Ortsinformation wurde bereits angesprochen, wenn es bei einem Kraftfahrzeug um die Positionsbestimmung von Hindernissen als Objekte geht. Möglichst genaue Ortsinformationen sind insbesondere bei Parkassistenzsystemen und dergleichen äußerst nützlich.
Zur Auswertung und Zuordnung empfangener Ultraschallsignale kann wenigstens ein Filter und/oder wenigstens ein Algorithmus, insbesondere eine Fourier-Transformation, verwendet werden. Das bedeutet, die empfangenen, reflektierten Ultraschallsignale werden letztlich durch elektronische und/oder Softwaremittel weiter ausgewertet, um eine korrekte Zuordnung von Ultraschallsignalen zu ermöglichen. Letztlich wird also für jedes empfangene Ultraschallsignal die aufgeprägte Information extrahiert und somit eine korrekte Zuordnung ermöglicht.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Ultraschallmessvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine, insbesondere wenigstens drei, zum Senden und Empfangen ausgebildete, beabstandet positionierte Wandlervorrichtung, und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Ultraschallmessvorrichtung übertragen, welche insbesondere als Teil der Steuereinrichtung entsprechende elektronische und/oder Softwaremittel zur korrekten Auswertung und Zuordnung gemessener Ultraschallsignale umfassen kann. Letztlich lassen sich mit der erfindungsgemäßen Ultraschallmessvorrichtung also dieselben Vorteile wie beim erfindungsgemäßen Verfahren erzielen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Ultraschallmessvorrichtung. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ferner wenigstens ein Fahrerassistenzsystem, insbesondere ein Parkassistenzsystem, umfasst, welches zur Verwendung von von der Ultraschallmessvorrichtung empfangenen Daten ausgebildet ist. Insbesondere für ein Parkassistenzsystem sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Informationen sehr nützlich, um einem Fahrer das Kraftfahrzeug beim Einparken des Kraftfahrzeugs assistieren zu können. Auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gilt, dass sich die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen lassen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, und
2 eine Skizze zur Phasenmodulation eines Ultraschallsignals.
1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Es umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallmessvorrichtung 2, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Wandlervorrichtungen 3 umfasst. Die Wandlervorrichtungen 3 bestehen jeweils aus Ultraschallwandlern, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen ausgebildet sind, wobei zwischen dem Sendemodus und dem Empfangsmodus umgeschaltet werden kann. Gesteuert wird der Betrieb der Wandlervorrichtungen 3 durch eine Steuereinrichtung 4.
Ersichtlich sind die Wandlervorrichtungen 3 derart angeordnet, dass sie einen Bereich des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 vermessen können, der hinter dem Kraftfahrzeug 1 liegt. Zur Vermessung werden von den Wandlervorrichtungen 3 Ultraschallsignale ausgesendet, die an einem bei 5 angedeutetem Objekt reflektiert werden und von den Wandlervorrichtungen 3 entsprechend wieder empfangen werden können, vgl. hierzu beispielhaft die Pfeile 6 für die sogenannte direkte Messung und 7 für eine indirekte Messung mit einer benachbarten Wandlervorrichtung 3.
Selbstverständlich können bei der erfindungsgemäßen Ultraschallmessvorrichtung 2 auch Wandlervorrichtungen im vorderen und/oder seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen werden.
Vorliegend ist nun die Steuereinrichtung 4 dazu ausgebildet, die Wandlervorrichtungen 3 zur Aussendung eines für das Kraftfahrzeug 1 und den jeweiligen Wandler spezifischen Sende-Ultraschallsignals anzusteuern. Dem Ultraschallsignal wird also eine Information aufgeprägt, die es bei der Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale ermöglicht, die Wandlervorrichtung 3, die das Ultraschallsignal ausgesendet hat, zu identifizieren.
Dafür wird in diesem Ausführungsbeispiel die Phasenmodulation, konkret eine Schmalband-Phasenmodulation, verwendet. Dies wird durch 2 näher erläutert. Dort ist in einem oberen Graphen 8 das Trägersignal 9 gemeinsam mit dem Modulationssignal 10, das letztlich die Information darstellt, gezeigt. Wird nun die Phase des Trägersignals 9 mit dem Modulationssignal 10 moduliert, ergibt sich das in dem unteren Graphen 11 gezeigte Ultraschallsignal 12, das die aufgeprägte Information enthält, letztlich also „markiert” ist.
Die Phasenmodulation der Ultraschallsignale der einzelnen Wandlervorrichtungen 3 ermöglicht es, Ultraschallsignale zeitgleich von allen Wandlervorrichtungen 3 auszusenden, welche danach auf Empfang gestellt werden. Verschiedene reflektierte Ultraschallsignale werden dann von den Wandlervorrichtungen 3 empfangen und zunächst dahingehend ausgewertet, von welcher Wandlervorrichtung 3 das Ultraschallsignal stammt. Hierzu sind in der Steuereinrichtung 4 geeignete Filter und/oder Algorithmen, insbesondere zur Fourier-Transformation, vorgesehen. Das bedeutet, zur Auswertung der Ultraschallsignale bezüglich der sendenden Wandlervorrichtung 3 wird im Spektralbereich gearbeitet.
So sind nun verschiedene Laufzeiten bekannt, aus denen eine Ortsinformation bezüglich eines die Ultraschallsignale reflektierenden Objekts, beispielsweise des Objekts 5, ermittelt werden kann. Diese Information wird dann wie üblich geeignet ausgewertet und anderen Fahrzeugsystemen, insbesondere Fahrerassistenzsystemen, zur Verfügung gestellt, die die Daten der Ultraschallmessvorrichtung 4 verwenden können. Beispielhaft ist in 1 ein Parkassistenzsystem 13 gezeigt, welches beispielsweise über einen CAN-Bus mit der Steuereinrichtung kommunizieren kann.
Durch die Phasenmodulation der Ultraschallsignale, die wandlerspezifisch erfolgt, ist es folglich möglich, Ultraschallsignale mehrerer Wandlervorrichtungen 3 gleichzeitig auszusenden. Insgesamt ist durch die Phasenmodulation und das gleichzeitige Aussenden mehrerer Ultraschallsignale eine robustere und genauere Vermessung von Objekten im Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 möglich.

Claims

Verfahren zur ultraschallbasierten Vermessung zumindest eines Teils des Umfelds eines Kraftfahrzeugs (1), insbesondere eines vor und/oder eines hinter und/oder wenigstens eines seitlich neben dem Kraftfahrzeug (1) liegenden Bereichs, wobei eine Ultraschallmessvorrichtung (2) mit wenigstens einer, insbesondere wenigstens drei, zum Senden und Empfangen ausgebildeten, beabstandet positionierten Wandlervorrichtung (3) verwendet wird und wobei wenigstens eine Laufzeit wenigstens eines Ultraschallsignals (12) betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein kraftfahrzeugspezifisches und/oder wandlerspezifisches Ultraschallsignal (12) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsignal (12) phasenmoduliert wird, insbesondere durch Schmalband-Phasenmodulation.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere wandlerspezifische Ultraschallsignale (12) gleichzeitig ausgesandt werden und empfangene Ultraschallsignale durch Auswertung einer sendenden Wandlervorrichtung (3) zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder vier Ultraschallsignale (12) gleichzeitig gesendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Laufzeiten empfangener, einen unterschiedlichen Weg von dem Sender zu dem Empfänger zurücklegender Ultraschallsignale eine Ortsinformation bezüglich eines die Ultraschallsignale reflektierenden Objekts (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung und Zuordnung empfangener Ultraschallsignale wenigstens ein Filter und/oder wenigstens ein Algorithmus, insbesondere eine Fourier-Transformation, verwendet werden.
Ultraschallmessvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend wenigstens eine, insbesondere wenigstens drei, zum Senden und Empfangen ausgebildete, beabstandet positionierte Wandlervorrichtungen (3) und eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (4).
Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Ultraschallmessvorrichtung (2) nach Anspruch 7.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner wenigstens ein Fahrerassistenzsystem, insbesondere ein Parkassistenzsystem (13), umfasst, welches zur Verwendung von von der Ultraschallmessvorrichtung (2) empfangenen Daten ausgebildet ist.