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WO2023110303A1 - System zur erfassung von wenigstens einem objekt in einer umgebung eines fahrzeugs sowie fahrzeug mit solch einem system - Google Patents

System zur erfassung von wenigstens einem objekt in einer umgebung eines fahrzeugs sowie fahrzeug mit solch einem system Download PDF

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WO2023110303A1
WO2023110303A1 PCT/EP2022/082619 EP2022082619W WO2023110303A1 WO 2023110303 A1 WO2023110303 A1 WO 2023110303A1 EP 2022082619 W EP2022082619 W EP 2022082619W WO 2023110303 A1 WO2023110303 A1 WO 2023110303A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
frequency
sensor unit
signals
ultrasonic sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/082619
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mercedes Garcia Conde
Peyman Rafiee
Thomas Treptow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to US18/715,865 priority Critical patent/US20250172678A1/en
Priority to CN202280082525.7A priority patent/CN118401861A/zh
Publication of WO2023110303A1 publication Critical patent/WO2023110303A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
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    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/46—Indirect determination of position data
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    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details

Definitions

  • the invention relates to a system for detecting at least one object in the surroundings of a vehicle.
  • ultrasonic sensor systems for detecting the vehicle environment are widespread.
  • the problem with conventional ultrasonic sensor systems is that typically only distance measurements can be carried out using the ultrasonic sensors.
  • these ultrasonic sensors are usually arranged in a horizontal plane on the vehicle, which means that a height determination can only be implemented very imprecisely, since data with information about the vertical nature of objects can only be determined inadequately.
  • the invention relates to a system for detecting at least one object in the area surrounding a vehicle, having at least one ultrasonic sensor unit for emitting ultrasonic signals and for receiving ultrasonic echo signals reflected, in particular on the at least one object in the area surrounding the vehicle, and a processing unit, wherein the processing unit is set up to excite the ultrasonic sensor unit with a first frequency to emit first ultrasonic signals and the first ultrasonic signals upon reflection on the object and reception by means of the ultrasonic sensor unit as the first to detect ultrasonic echo signals, and additionally to stimulate the ultrasonic sensor unit with a second frequency to emit second ultrasonic signals and to detect the second ultrasonic signals upon reflection on the object and reception by means of the ultrasonic sensor unit as second ultrasonic echo signals, and depending on the received first ultrasonic echo signals and second ultrasonic echo signals, the object in to detect the surroundings of the vehicle and to determine a height of the object.
  • the transmitted ultrasonic signals each have a different radiation characteristic in the form of different opening angles due to the different excitation frequencies.
  • the higher the frequency the smaller the opening angle of the transmitted ultrasonic signals.
  • the size of the conical detection areas defined by the opening angles is therefore dependent on the excitation frequency of the ultrasonic sensor unit.
  • additional information in particular also in the vertical plane, can consequently be recorded with a single ultrasonic sensor unit, which can be used for a more precise determination of the height of the object.
  • the ultrasonic sensor unit used as standard for determining the distance does not have to be redesigned or only insignificantly, as a result of which corresponding costs for a redesign can be dispensed with.
  • the system it is also conceivable for the system to have further ultrasonic sensor units, which are arranged horizontally, in particular for determining the distance, in order to further increase the information density and thus the accuracy of the height determination.
  • Any object outside the vehicle can be understood as an object, including, for example, pedestrians, curbs or posts.
  • height is to be understood as meaning the extent of the object in the vertical direction, ie the distance between the ground and the highest point of the object perpendicular thereto.
  • the vehicle can be, for example, a passenger car, a truck or a motorized two-wheeler in particular.
  • the ultrasonic sensor unit has in particular an ultrasonic transceiver, which can convert electrical signals into ultrasonic signals by means of a membrane or convert ultrasonic echo signals into electrical signals by means of the membrane.
  • the first and the second frequency, which excite the membrane are different from one another.
  • the membrane can, for example, be designed as a piezo element or have one.
  • the processing unit can, for example, be in the form of a microcontroller and, depending on requirements, have appropriate evaluation and storage units for determining the height of the object.
  • the term determining is also to be understood as meaning an estimation.
  • One embodiment of the invention provides that the processing unit is set up to select the first frequency and the second frequency in such a way that the first frequency corresponds to a main resonant frequency of the ultrasonic sensor unit and that the second frequency corresponds to a frequency of a higher vibration mode of the ultrasonic sensor unit matches, and in particular that the second frequency matches a harmonic resonance frequency of the ultrasonic sensor unit. It is advantageous here that the ultrasonic sensor unit operates at the main resonant frequency and at its higher vibration mode or
  • Harmonics can be controlled particularly reliably.
  • the corresponding frequencies are adapted to the bending behavior of the membrane of the ultrasonic sensor unit.
  • the main resonant frequency is the frequency at which the membrane of the ultrasonic sensor unit exhibits a corresponding bending behavior due to the excitation with this frequency, this frequency usually also being referred to as the fundamental frequency.
  • the frequency of a higher oscillation mode is to be understood as meaning a frequency which is higher than the basic frequency and at which the membrane of the ultrasonic sensor unit has a corresponding oscillation behavior which is also referred to as the natural oscillation form.
  • the harmonic frequencies are in turn integral multiples of the main resonant frequency.
  • the first frequency can be 48 kHz, as the fundamental frequency
  • the second frequency can be 144 kHz, as the third harmonic.
  • the ultrasonic sensor unit when the ultrasonic sensor unit is excited with the basic frequency, the ultrasonic sensor unit also oscillates as a side effect with a frequency that is correspondingly harmonic to the basic frequency.
  • the ultrasonic signals have a significantly smaller amplitude in the harmonic range than when the ultrasonic sensor unit is specifically excited with the harmonic frequency. Consequently, the height can also be determined as a function of the amplitude ratio between the amplitude of the secondary excitation and the amplitude of the targeted harmonic excitation.
  • the amplitude can also be so small that it is not possible to determine the height reliably or this can only be implemented in the near-field range.
  • An embodiment of the invention provides that the processing unit is set up to excite the ultrasonic sensor unit with the first frequency and the second frequency essentially at the same time.
  • both the first and second ultrasonic signals are emitted in such a way that both ultrasonic signals are emitted before the first and second ultrasonic echo signals are received.
  • This can be implemented, for example, in that the excitation signal for the ultrasonic sensor unit excites both the first and the second frequency.
  • an excitation signal for the first and for the second frequency can be fed to the ultrasonic sensor unit in direct succession in terms of time in order to correspondingly stimulate it.
  • a further embodiment of the invention provides that the processing unit is set up to determine the height of the object as a function of amplitudes and/or phases and/or flight times of the first ultrasonic echo signals and second ultrasonic echo signals.
  • the advantage here is that this represents a simple method of determining the height of the object.
  • the amplitude of the ultrasonic echo signals is to be understood as meaning the deflection of the respective ultrasonic echo signal.
  • Phase is to be understood as meaning the oscillation state of the respective ultrasonic echo signal at a specific point and at a specific point in time.
  • the flight time is the time span between the transmission of the respective ultrasonic signal and the receipt of the associated ultrasonic echo signal.
  • the processing unit is set up to determine the height of the object as a function of a ratio of the amplitudes of the first ultrasonic echo signals and second ultrasonic echo signals.
  • the advantage here is that this represents a further simple possibility of determining the height of the object.
  • the received ultrasonic echo signals have different amplitude values, depending on whether they were excited using the first or the second frequency.
  • the ratio of the amplitudes of the ultrasonic echo signals is in this case particularly dependent on the sound pressure, sound damping and opening angle of the transmitted ultrasonic signals and in particular the corresponding excitation frequency.
  • corresponding amplitude ratios can be determined in advance and stored by transmitting the first and second ultrasonic signals in a test environment for test objects with different heights and assigning the received first and second ultrasonic echo signals with regard to the amplitude ratios to the corresponding object heights .
  • the system can then determine the object height by again determining the amplitude ratio between the first and second ultrasonic echo signals and comparing it with the stored amplitude ratios. If the detected amplitude ratio is, for example, between two stored amplitude ratios, which were detected in the test environment for test objects with a height of 40 cm or 50 cm, it can be concluded that the object now detected has a height between 40 and 50 cm having.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a passenger car, having a system according to the invention.
  • FIG. 1 shows in schematic form a vehicle designed according to the invention using an embodiment of the system according to the invention.
  • FIG 2 shows an ultrasonic sensor unit controlled according to the invention in detail.
  • Description of exemplary embodiments 1 shows in schematic form a vehicle designed according to the invention using an embodiment of the system according to the invention.
  • a vehicle 100 designed according to the invention e.g. a passenger car, which is designed with an embodiment of the system 10 according to the invention is shown in a schematic side view.
  • the system 10 may comprise an ultrasonic sensor unit 20 embodied as both an ultrasonic transceiver and an ultrasonic transceiver, and a processing unit 30 for controlling the operation of the ultrasonic sensor unit 20.
  • an ultrasonic sensor unit 20 embodied as both an ultrasonic transceiver and an ultrasonic transceiver
  • a processing unit 30 for controlling the operation of the ultrasonic sensor unit 20.
  • the processing unit 30 is connected to the ultrasonic sensor unit 20 via one or more detection and control lines. In this way, the processing unit 30 can in each case control the operation of the ultrasonic sensor unit 20 and/or query its status or receive or actively call up corresponding data or signals from the ultrasonic sensor unit 20 .
  • the processing unit 30 is designed and has means that enable both the operation of transmission via the ultrasonic sensor unit 20 and reception via the ultrasonic sensor unit 20 in the manner according to the invention.
  • appropriate means for storing, processing and evaluating received first and second ultrasonic echo signals 25, 26 can be provided, which are not shown here in detail.
  • the processing unit 30 is set up here in particular to excite the ultrasonic sensor unit 20 with a first frequency to emit first ultrasonic signals 21 and to detect the first ultrasonic signals 21 upon reflection on the object 110 and reception by means of the ultrasonic sensor unit 20 as first ultrasonic echo signals 25, and additionally the ultrasonic sensor unit 20 with a second frequency to emit second ultrasonic signals 22 and to detect the second ultrasonic signals 22 upon reflection on the object 110 and reception by means of the ultrasonic sensor unit 20 as second ultrasonic echo signals 26 .
  • the processing unit 30 is set up to detect the object 110 in the vicinity of the vehicle 100 as a function of the received first ultrasonic echo signals 25 and second ultrasonic echo signals 26 and also to detect a height H as a function of the received first ultrasonic echo signals 25 and second ultrasonic echo signals 26 of the object 110 to be determined.
  • the object 110 can be a post here, for example, which has a height H from the ground.
  • the processing unit 30 can be set up to determine the height H of the object 110 as a function of amplitudes and/or phases and/or flight times of the first ultrasonic echo signals 25 and second ultrasonic echo signals 26 .
  • the processing unit 30 can be set up to determine the height H of the object 110 as a function of a ratio of the amplitudes of the first ultrasonic echo signals 25 and second ultrasonic echo signals 26, for example by comparing the determined amplitude ratio with previously determined and stored amplitude ratios , which were detected in the case of corresponding test objects with a predetermined height, are compared and a corresponding height H of the object 110 is determined therefrom.
  • the ultrasonic sensor unit 20 can be operated in a first period as an ultrasonic transmitter for emitting the first and second ultrasonic signals 21, 22, whereas in a subsequent second period this ultrasonic sensor unit 20 is operated as an ultrasonic receiver in order to receive the first and second ultrasonic echo signals 25, 26 as a direct echo to recieve.
  • a further ultrasonic sensor unit can function as an ultrasonic transmitter and thus emit a first and second ultrasonic signal 21, 22 as a transmission signal.
  • the ultrasonic sensor unit 20 can serve as an ultrasonic receiver for receiving the first and second ultrasonic echo signals 25, 26.
  • a so-called cross echo is thus determined, in which case a first transceiver emits the first and second ultrasonic signals 21, 22 and a second transceiver receives the first and second ultrasonic echo signals 25,26.
  • the combination of direct-echo operation and cross-echo operation can consequently be selected as desired, with at least two appropriately designed ultrasonic sensor units having to be present in cross-echo operation.
  • the processing unit 30 can be set up to select the first frequency and the second frequency in such a way that the first frequency corresponds to a main resonant frequency of the ultrasonic sensor unit 20 and that the second frequency corresponds to a frequency of a higher vibration mode of the ultrasonic sensor unit 20, where the second frequency corresponds, for example, to a harmonic resonance frequency of ultrasonic sensor unit 20, particularly preferably to the third harmonic.
  • processing unit 30 can be set up to excite the ultrasonic sensor unit 20 with the first frequency and the second frequency essentially at the same time.
  • FIG 2 shows an ultrasonic sensor unit controlled according to the invention in detail.
  • An ultrasonic sensor unit 20 is shown, for example from the system according to FIG. 1, again in a side view.
  • the ultrasonic sensor unit 20 has a membrane 28, which can be excited by a processing unit 30, not shown here, according to the invention, with a first frequency and a second frequency.
  • the membrane 28 vibrates back and forth in the direction of the arrow and generates the corresponding first ultrasonic signals 21 and second ultrasonic signals 22.
  • the first frequency corresponds to the main resonance frequency of the ultrasonic sensor unit 20 or the membrane 28, a first radiation characteristic 23 results, which is shown as a solid-hatched area.
  • a second emission characteristic 24 results, which is shown as a hatched line Surface - io - is shown. It can be clearly seen here that the opening angle of the first emission characteristic 23 is larger than the opening angle of the second emission characteristic 24 . This in turn results in different first and second ultrasonic echo signals 25, 26 for the transmitted first and ultrasonic signals 21, 22
  • Information in the vertical direction which can be used to determine the height of an object 100 accordingly.

Landscapes

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Erfassung von wenigstens einem Objekt (110) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (100), aufweisend - wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit (20) zum Aussenden von Ultraschallsignalen und zum Empfangen von, insbesondere an dem wenigstens einen Objekten (110) in der Umgebung des Fahrzeugs (100), reflektierten Ultraschallechosignalen, und - eine Verarbeitungseinheit (30), wobei die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoreinheit (20) mit einer ersten Frequenz zur Aussendung erster Ultraschallsignale (21) anzuregen und die ersten Ultraschallsignale (21) bei Reflexion am Objekt (110) und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit (20) als erste Ultraschallechosignale (25) zu erfassen, und zusätzlich die Ultraschallsensoreinheit (20) mit einer zweiten Frequenz zur Aussendung zweiter Ultraschallsignale (22) anzuregen und die zweiten Ultraschallsignale (22) bei Reflexion am Objekt (110) und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit (20) als zweite Ultraschallechosignale (26) zu erfassen, und in Abhängigkeit von den empfangenen ersten Ultraschallechosignalen (25) und zweiten Ultraschallechosignalen (26) das Objekt (110) in der Umgebung des Fahrzeugs (100) zu erfassen sowie eine Höhe (H) des Objekts (110) zu bestimmen. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (100) mit einem erfindungsgemäßen System (10).

Description

Beschreibung
System zur Erfassung von wenigstens einem Objekt in einer Umgebung eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug mit solch einem System
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von wenigstens einem Objekt in einer Umgebung eines Fahrzeugs.
Im Bereich der Fahr- und Parkassistenzsysteme für Fahrzeuge finden Ultraschallsensorsysteme zur Erfassung der Fahrzeugumgebung weite Verbreitung. Problematisch bei herkömmlichen Ultraschallsensorsystemen ist, dass mittels der Ultraschallsensoren typischerweise nur Abstandsmessungen vorgenommen werden können. Diese Ultraschallsensoren sind jedoch in der Regel in einer horizontalen Ebene am Fahrzeug angeordnet, wodurch eine Höhenbestimmung nur sehr ungenau umsetzbar ist, da Daten mit Informationen über die vertikale Beschaffenheit von Objekten nur unzureichend ermittelt werden können.
Die genannten Probleme sollen durch die Erfindung gelöst werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von wenigstens einem Objekt in einer Umgebung eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit zum Aussenden von Ultraschallsignalen und zum Empfangen von, insbesondere an dem wenigstens einen Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs, reflektierten Ultraschallechosignalen, und eine Verarbeitungseinheit, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoreinheit mit einer ersten Frequenz zur Aussendung erster Ultraschallsignale anzuregen und die ersten Ultraschallsignale bei Reflexion am Objekt und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit als erste Ultraschallechosignale zu erfassen, und zusätzlich die Ultraschallsensoreinheit mit einer zweiten Frequenz zur Aussendung zweiter Ultraschallsignale anzuregen und die zweiten Ultraschallsignale bei Reflexion am Objekt und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit als zweite Ultraschallechosignale zu erfassen, und in Abhängigkeit von den empfangenen ersten Ultraschallechosignalen und zweiten Ultraschallechosignalen das Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen sowie eine Höhe des Objekts zu bestimmen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die ausgesendeten Ultraschallsignale aufgrund der unterschiedlichen Anregungs- Frequenzen jeweils eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik in Form von unterschiedlichen Öffn ungswin kein aufweisen. Hierbei gilt, je höher die Frequenz, desto kleiner der Öffnungswinkel der ausgesendeten Ultraschallsignale. Somit sind die durch die Öffnungswinkel definierten, kegelförmigen Erfassungsbereiche in ihrer Größe abhängig von der Anregungs- Frequenz der Ultraschallsensoreinheit. Hierdurch lassen sich folglich mit einer einzelnen Ultraschallsensoreinheit zusätzliche Informationen, insbesondere auch in der vertikalen Ebene, erfassen, welche für eine exaktere Höhenbestimmung des Objekts genutzt werden können. Zudem muss hierfür die standardmäßig zur Abstandsbestimmung genutzte Ultraschallsensoreinheit nicht oder nur unwesentlich umgestaltet werden, wodurch entsprechende Kosten für eine Umgestaltung entfallen können.
Natürlich ist es auch denkbar, dass das System weitere Ultraschallsensoreinheiten aufweist, welche insbesondere für die Abstandsbestimmung horizontal angeordnet sind, um die Informationsdichte und somit die Genauigkeit der Höhenbestimmung nochmals zu erhöhen.
Als Objekt kann jeder beliebige Gegenstand außerhalb des Fahrzeugs verstanden werden, hierzu gehören beispielsweise Fußgänger, Randsteine oder Pfosten. Hierbei ist unter Höhe die Ausdehnung des Objekts in vertikaler Richtung zu verstehen, das heißt die Distanz zwischen Boden und dem senkrecht hierzu befindlichen höchstem Punkt des Objekts. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein PKW, ein LKW oder auch ein insbesondere motorisiertes Zweirad sein.
Als Umgebung des Fahrzeugs kann alles außerhalb der eigentlichen Fahrzeuggeometrie verstanden werden, beispielsweise die Straße vor dem Fahrzeug.
Zum Aussenden der Ultraschallsignale bzw. Empfangen der Ultraschallechosignale weist die Ultraschallsensoreinheit insbesondere einen Ultraschallsendeempfänger auf, welcher mittels einer Membran elektrische Signale in Ultraschallsignale umwandeln bzw. Ultraschallechosignale mittels der Membran in elektrische Signale umwandeln kann. Hierbei sind die erste und die zweite Frequenz, welche die Membran anregen, unterschiedlich zueinander. Die Membran kann beispielsweise als Piezoelement ausgestaltet sein bzw. ein solches aufweisen.
Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein und je nach Bedarf entsprechende Auswerte- und Speichereinheiten zum Bestimmen der Objekthöhe aufweisen. Insbesondere ist unter dem Begriff Bestimmen auch ein Abschätzen zu verstehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die erste Frequenz und die zweite Frequenz derartig zu wählen, dass die erste Frequenz mit einer Haupt- Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit übereinstimmt und dass die zweite Frequenz mit einer Frequenz einer höheren Schwingungsmode der Ultraschallsensoreinheit übereinstimmt, und insbesondere dass die zweite Frequenz mit einer harmonischen Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit übereinstimmt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Ultraschallsensoreinheit bei der Haupt- Resonanzfrequenz und bei deren höheren Schwingungsmode bzw.
Harmonischen besonders zuverlässig angesteuert werden kann. Hierbei sind die entsprechenden Frequenzen an das Biegeverhalten der Membran der Ultraschallsensoreinheit angepasst. Als Haupt- Resonanzfrequenz ist die Frequenz zu versehen, bei welcher die Membran der Ultraschallsensoreinheit aufgrund der Anregung mit dieser Frequenz ein entsprechendes Biegeverhalten aufweist, wobei diese Frequenz üblicherweise auch als Grundfrequenz bezeichnet wird.
Unter Frequenz einer höheren Schwingungsmode ist eine Frequenz zu verstehen, welche höher als die Grundfrequenz ist und bei welcher die Membran der Ultraschallsensoreinheit ein entsprechendes Schwingverhalten aufweist, welches auch als Eigenschwingungsform bezeichnet wird.
Die harmonischen Frequenzen sind wiederum jeweils ganzzahlige Vielfache der Haupt- esonanzfrequenz.
Beispielsweise kann die erste Frequenz bei 48kHz, als Grundfrequenz, und die zweite Frequenz bei 144kHz, als dritte Harmonische, liegen.
Hierbei kann es zudem passieren, dass bei Anregung der Ultraschallsensoreinheit mit der Grundfrequenz, die Ultraschallsensoreinheit zusätzlich als Nebeneffekt mit einer entsprechend harmonischen Frequenz zur Grundfrequenz mitschwingt. Die Ultraschallsignale haben jedoch im Bereich der harmonischen eine deutlich kleinere Amplitude, als wenn die Ultraschallsensoreinheit gezielt mit der harmonischen Frequenz angeregt wird. Folglich kann die Höhenbestimmung ebenfalls in Abhängigkeit von dem Amplituden-Verhältnis zwischen Amplitude der Nebenanregung und Amplitude der gezielten harmonischen Anregung erfolgen. Die Amplitude kann jedoch auch so klein sein, dass hierdurch keine zuverlässige Höhenbestimmung möglich ist oder dies nur noch im Nahfeldbereich umsetzbar ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoreinheit mit der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz im Wesentlichen zeitgleich anzuregen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass ein schnelleres Messergebnis erzielt wird, als wenn die Messung sequenziell erfolgt. Hierdurch kann das Ergebnis der Höhenbestimmung entsprechend schneller erhalten und anderweitig genutzt werden, um beispielsweise entsprechende Fahrfunktionen zu steuern oder den Fahrer über die Höhe des erfassten Objekts in Kenntnis zu setzen. Unter im Wesentlichen zeitglich ist zu verstehen, dass sowohl die ersten und zweiten Ultraschallsignale derartig ausgesendet werden, dass das Aussenden beider Ultraschallsignale vor dem Empfang der ersten und zweiten Ultraschallechosignale erfolgt. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem das Anregungssignal für die Ultraschallsensoreinheit sowohl die erste als auch die zweite Frequenz anregt.
Alternativ kann je ein Anregungssignal für die erste und für die zweite Frequenz zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden der Ultraschallsensoreinheit zugeführt werden, um diese entsprechend anzuregen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Höhe des Objekts in Abhängigkeit von Amplituden und/oder Phasen und/oder Flugzeiten der ersten Ultraschallechosignalen und zweiten Ultraschallechosignalen zu bestimmen. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Methode darstellt, die Höhe des Objekts zu bestimmen.
Unter Amplitude der Ultraschallechosignale ist der Ausschlag des jeweiligen Ultraschallechosignals zu verstehen.
Unter Phase ist Schwingungszustand des jeweiligen Ultraschallechosignals an einer bestimmten Stelle und zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verstehen.
Unter Flugzeit ist die Zeitspanne zwischen Aussenden des jeweiligen Ultraschallsignals und Empfang des zugehörigen Ultraschallechosignals zu verstehen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Höhe des Objekts in Abhängigkeit eines Verhältnisses der Amplituden der ersten Ultraschallechosignalen und zweiten Ultraschallechosignalen zu bestimmen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine weitere einfache Möglichkeit darstellt, die Höhe des Objekts zu bestimmen. Insbesondere kann hierbei genutzt werden, die empfangenen Ultraschallechosignale unterschiedliche Amplitudenwerte aufweisen, je nachdem ob diese mittels der ersten oder der zweiten Frequenz angeregt wurden. Das Verhältnis der Amplituden der Ultraschallechosignale ist hierbei insbesondere abhängig von Schalldruck, Schalldämpfung und Öffnungswinkel der ausgesendeten Ultraschallsingale und insbesondere der entsprechenden Anregungs- Frequenz.
Des Weiteren können beispielsweise entsprechende Amplituden-Verhältnisse vorab bestimmt und abgespeichert werden, indem in einer Testumgebung die ersten und zweiten Ultraschallsignale jeweils bei Test-Objekten mit unterschiedlicher Höhe ausgesendet und die empfangenen ersten und zweiten Ultraschallechosignale bzgl. der Amplituden-Verhältnissen den entsprechenden Objekthöhen zugeordnet werden. Im normalen Gebrauch kann das System dann die Objekthöhe bestimmen, indem wiederum das Amplituden-Verhältnis zwischen ersten und zweiten Ultraschallechosignalen ermittelt und mit den abgespeicherten Amplituden-Verhältnissen verglichen wird. Liegt das erfasste Amplituden-Verhältnis beispielsweise zwischen zwei abgespeicherten Amplituden-Verhältnissen, welche in der Testumgebung bei Test-Objekten mit einer Höhe von 40cm bzw. 50cm erfasst wurden, kann darauf geschlossen werden, dass das nun erfasste Objekt eine Höhe zwischen 40 und 50 cm aufweist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, aufweisend ein erfindungsgemäßes System.
Zeichnungen
Fig. 1 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Fahrzeug unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß angesteuerte Ultraschallsensoreinheit im Detail.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Fahrzeug unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
Dargestellt ist in schematischer Seitenansicht ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Fahrzeug 100, z.B. ein Personenkraftwagen, welches mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 ausgebildet ist.
Das System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann z.B. eine Ultraschallsensoreinheit 20, ausgebildet sowohl als Ultraschallsendeempfänger als auch als Ultraschallsendeempfänger, sowie eine Verarbeitungseinheit 30 zum Steuern des Betriebs der Ultraschallsensoreinheit 20 aufweisen.
Über ein oder mehrere Erfassungs- und Steuerleitungen ist die Verarbeitungseinheit 30 mit der Ultraschallsensoreinheit 20 verbunden. Auf diese Weise kann die Verarbeitungseinheit 30 jeweils den Betrieb der Ultraschallsensoreinheit 20 steuern und/oder deren Status abfragen bzw. entsprechende Daten oder Signale von der Ultraschallsensoreinheit 20 empfangen oder aktiv abrufen.
Die Verarbeitungseinheit 30 ist ausgebildet und weist Mittel auf, die sowohl den Betrieb des Sendens über die Ultraschallsensoreinheit 20 als auch den Empfang über die Ultraschallsensoreinheit 20 in der erfindungsgemäßen Art und Weise ermöglichen. Dazu können entsprechende Mittel zum Speichern, Verarbeiten und Auswerten empfangener erster und zweiter Ultraschallechosignale 25, 26 vorgesehen sein, die hier im Detail nicht dargestellt sind.
Die Verarbeitungseinheit 30 ist hierbei insbesondere dazu eingerichtet, die Ultraschallsensoreinheit 20 mit einer ersten Frequenz zur Aussendung erster Ultraschallsignale 21 anzuregen und die ersten Ultraschallsignale 21 bei Reflexion am Objekt 110 und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit 20 als erste Ultraschallechosignale 25 zu erfassen, und zusätzlich die Ultraschallsensoreinheit 20 mit einer zweiten Frequenz zur Aussendung zweiter Ultraschallsignale 22 anzuregen und die zweiten Ultraschallsignale 22 bei Reflexion am Objekt 110 und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit 20 als zweite Ultraschallechosignale 26 zu erfassen. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 30 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den empfangenen ersten Ultraschallechosignalen 25 und zweiten Ultraschallechosignalen 26 das Objekt 110 in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erfassen und darüber hinaus in Abhängigkeit von den empfangenen ersten Ultraschallechosignalen 25 und zweiten Ultraschallechosignalen 26 eine Höhe H des Objekts 110 zu bestimmen. Das Objekt 110 kann hier beispielsweise ein Pfosten sein, welcher vom Boden aus eine Höhe H aufweist.
Hierbei kann die Verarbeitungseinheit 30 dazu eingerichtet sein, die Höhe H des Objekts 110 in Abhängigkeit von Amplituden und/oder Phasen und/oder Flugzeiten der ersten Ultraschallechosignalen 25 und zweiten Ultraschallechosignalen 26 zu bestimmen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit 30 dazu eingerichtet sein, die Höhe H des Objekts 110 in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Amplituden der ersten Ultraschallechosignalen 25 und zweiten Ultraschallechosignalen 26 zu bestimmen, indem beispielsweise das ermittelte Amplituden-Verhältnis mit zuvor ermittelten und abgespeicherten Amplituden- Verhältnissen, welche bei entsprechenden Testobjekten mit vorgegebener Höhe erfasst wurden, verglichen und daraus eine entsprechende Höhe H des Objekts 110 bestimmt wird.
Die Ultraschallsensoreinheit 20 kann hierbei in einem ersten Zeitraum als Ultraschallsender zur Aussendung der ersten und zweiten Ultraschallsignals 21, 22 betrieben werden, wogegen in einem zeitlich nachfolgenden zweiten Zeitraum diese Ultraschallsensoreinheit 20 als Ultraschallempfänger betrieben wird, um die ersten und zweiten Ultraschallechosignal 25, 26 als Direktecho zu empfangen.
In einem bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine weitere Ultraschallsensoreinheit als Ultraschallsender fungieren und somit ein erstes und zweites Ultraschallsignal 21, 22 als Sendesignal aussenden. In diesem Fall kann die Ultraschallsensoreinheit 20 als Ultraschallempfänger zum Empfang der ersten und zweiten Ultraschallechosignals 25, 26 dienen. In dieser Konfiguration wird somit ein so genanntes Kreuzecho ermittelt, bei welchem eben ein erster Sendeempfänger die ersten und zweiten Ultraschallsignal 21 , 22 aussendet und ein zweiter Sendeempfänger die ersten und zweiten Ultraschallechosignal 25, 26 empfängt. Die Kombination von Direktecho-Betrieb und Kreuzecho-Betrieb ist folglich beliebig wählbar, wobei beim Kreuzechobetrieb wenigstens zwei entsprechend ausgestaltete Ultraschallsensoreinheiten vorhanden sein müssen.
Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit 30 dazu eingerichtet sein, die erste Frequenz und die zweite Frequenz derartig zu wählen, dass die erste Frequenz mit einer Haupt- Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit 20 übereinstimmt und dass die zweite Frequenz mit einer Frequenz einer höheren Schwingungsmode der Ultraschallsensoreinheit 20 übereinstimmt, wobei die zweite Frequenz beispielsweise mit einer harmonischen Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit 20 übereinstimmt, besonders bevorzugt mit der dritten Harmonischen.
Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit 30 dazu eingerichtet sein, die Ultraschallsensoreinheit 20 mit der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz im Wesentlichen zeitgleich anzuregen.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß angesteuerte Ultraschallsensoreinheit im Detail.
Dargestellt ist eine Ultraschallsensoreinheit 20, beispielweise aus dem System nach Fig. 1, wiederum in einer Seitenansicht. Die Ultraschallsensoreinheit 20 weist eine Membran 28 auf, welche von einer hier nicht dargestellten Verarbeitungseinheit 30 entsprechend erfindungsgemäß mit einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz angeregt werden kann. Hierdurch schwingt die Membran 28 jeweils in Pfeilrichtung hin und her und erzeugt die entsprechenden ersten Ultraschallsignale 21 und zweiten Ultraschallsignale 22. Entspricht die erste Frequenz hierbei der Hauptresonanz- Frequenz der Ultraschallsensoreinheit 20 bzw. der Membran 28, ergibt sich eine erste Abstrahl- Charakteristik 23, welche als durchgezogen-schraffierte Fläche dargestellt ist. Ist die zweite Frequenz hierbei eine harmonische Resonanz-Frequenz bzw. eine höhere Schwingungsmode der Ultraschallsensoreinheit 20 bzw. der Membran 28, und ist die zweite Frequenz folglich höher als die erste Frequenz, ergibt sich eine zweite Abstrahl-Charakteristik 24, welche als gestrichelt-schraffierte Fläche - io - dargestellt ist. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der Öffnungswinkel der ersten Abstrahl-Charakteristik 23 größer als der Öffnungswinkel der zweiten Abstrahl-Charakteristik 24 ist. Hierdurch ergeben sich wiederum aus den beiden zu den ausgesendeten ersten und Ultraschallsignalen 21, 22 empfangenen ersten und zweiten Ultraschallechosignalen 25, 26 unterschiedliche
Informationen in vertikaler Richtung, welche zu einer entsprechenden Höhenbestimmung eines Objekts 100 herangezogen werden können.

Claims

Ansprüche
1. System (10) zur Erfassung von wenigstens einem Objekt (110) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (100), aufweisend wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit (20) zum Aussenden von Ultraschallsignalen und zum Empfangen von, insbesondere an dem wenigstens einen Objekten (110) in der Umgebung des Fahrzeugs (100), reflektierten Ultraschallechosignalen, und eine Verarbeitungseinheit (30), wobei die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoreinheit (20) mit einer ersten Frequenz zur Aussendung erster Ultraschallsignale (21) anzuregen und die ersten Ultraschallsignale (21) bei Reflexion am Objekt (110) und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit (20) als erste Ultraschallechosignale (25) zu erfassen, und zusätzlich die Ultraschallsensoreinheit (20) mit einer zweiten Frequenz zur Aussendung zweiter Ultraschallsignale (22) anzuregen und die zweiten Ultraschallsignale (22) bei Reflexion am Objekt (110) und Empfang mittels der Ultraschallsensoreinheit (20) als zweite Ultraschallechosignale (26) zu erfassen, und in Abhängigkeit von den empfangenen ersten Ultraschallechosignalen (25) und zweiten Ultraschallechosignalen (26) das Objekt (110) in der Umgebung des Fahrzeugs (100) zu erfassen sowie eine Höhe (H) des Objekts (110) zu bestimmen.
2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die erste Frequenz und die zweite Frequenz derartig zu wählen, dass die erste Frequenz mit einer Haupt- Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit (20) übereinstimmt und dass die zweite Frequenz mit einer Frequenz einer höheren Schwingungsmode der Ultraschallsensoreinheit (20) übereinstimmt, und insbesondere dass die zweite Frequenz mit einer harmonischen Resonanzfrequenz der Ultraschallsensoreinheit (20) übereinstimmt.
3. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Ultraschallsensoreinheit (20) mit der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz im Wesentlichen zeitgleich anzuregen.
4. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Höhe (H) des Objekts (110) in Abhängigkeit von Amplituden und/oder Phasen und/oder Flugzeiten der ersten Ultraschallechosignalen (25) und zweiten Ultraschallechosignalen (26) zu bestimmen.
5. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Höhe (H) des Objekts (110) in Abhängigkeit eines Verhältnisses der Amplituden der ersten Ultraschallechosignalen (25) und zweiten Ultraschallechosignalen (26) zu bestimmen.
6. Fahrzeug (100) mit einem System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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