VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG UND AUSWERTUNG VON ULTRASCHALLSIGNALEN, INSBESONDERE ZUR ERMITTLUNG DES ABSTANDES EINES FAHRZEUGS ZU EINEM HINDERNIS

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung und Auswertung von Ultra- schallsignalen, insbesondere zur Ermittlung des Abstandes eines

Fahrzeugs zu einem Hindernis

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung und Auswertung von Ultraschallsignalen, insbesondere zur Ermittlung des Abstan- des eines Fahrzeugs zu einem Hindernis.

Derartige Vorrichtungen werden auch als Park Distance Control (PDC) Systeme bezeichnet und dienen als Hilfsmittel beim Einparken eines Fahrzeugs. Derartige Systeme weisen mehrere Ultraschallgeber sowie Ultraschallaufnehmer auf, wobei jeweils ein Ultraschallgeber und ein Ultraschallaufnehmer zu einem Ul- traschall-Transducer zusammengefasst ausgeführt sein können. Wenn ein ausgesendetes Ultraschallsignal von einem Hindernis oder Gegenstand innerhalb eines vorgebbaren Sicherheitsabstands in einem überwachten Bereich nahe dem Fahrzeug reflektiert wird, kann im empfangenen Signal ein Echo detektiert werden. Leider ist die Echodetektion nicht eindeutig, was mit Streuungen, Störungen und Rauschsignalanteilen zusammenhängt. Die Entscheidung, ob ein Echo empfangen worden ist oder nicht, erfolgt zumeist anhand eines Vergleichs des Empfangssignals mit einem Schwellwert. Zweckmäßig ist es, wenn die Schwellwertberechnung automatisch erfolgt und der Schwellwert dementsprechend nachgeführt wird. Eine derartige Schwellwertnachführung und -berechnung ist beispielsweise in DE-C-197 21 835 beschrieben.

Die Schwellwertberechnung und -nachführung ist vergleichsweise rechenintensiv. Es fallen eine Vielzahl von Daten an. Üblicherweise sind mehrere Ultra- schalltransducer über ein Datenbussystem mit einer zentralen Steuereinheit verbunden. Die Schwellwertnachführung und -berechnung bedeutet demnach, dass über den Datenbus vergleichsweise große Datenmengen gesendet und empfangen werden müssten. Das aber setzt einen leistungsfähigen und damit verg leichsweise teu ren Datenbus voraus. Will man hingegen einen einfachen Datenbus verwenden, so müsste die Verarbeitung der Empfangssig nale für die Schwel lwertnachführung und -berechnung dezentral in jedem Teilnehmer, d . h . in der jedem Ultraschalltransd ucer nachgeschalteten Elektronik, erfolgen . Das wiederum ist ebenfalls aufwendig .

Aus EP-A-2 081 052 ist eine Detektionsvorrichtung bzw. ein Detektionsverfahren zur Erkennung von Fahrzeugen im Umfeld eines fahrenden Fahrzeuges bekannt. Hierbei soll insbesondere der Bereich der "Toten Winkel" überwacht werden . Für die Funktionssicherheit der bekannten Detektionsvorrichtung ist die kontinuierliche Ü berwachung der eingesetzten Ultraschal lsender und -empfänger von entscheidender Bedeutung . Die von diesen Funktionselementen erfassten Sig nale werden einem kontinuierl ichen, zyklischen oder auch stichprobenartigen Vergleich unterzogen . Bei Aussetzen der Signale eines der Funktionselemente erfolgt eine Einstel lung respektive Parametrierung von dessen Sende-/Empfangsbereich auf einen zu erfassenden Fahrbahngrund , und zwar dergestalt, dass das relevante Funktionselement im Falle der Funktionstüchtigkeit zwangsläufig zum Empfang von Signal- Reflektionen via Fahrbahng rund eingestel lt ist. Damit ist eine Blindheitserkennung d urch die Korrelation der Sig nale aus den messenden Sensoren bzw. Funktionselementen gegeben . Die einzel nen Funktionselemente sind bei d iesem bekannten Verfahren über Datenleitungen mit einem Steuergerät verbunden . Über die Strukturierung der Daten wird in der zuvor genannten Schrift nichts weiter ausgesagt.

DE-A- 10 2010 033 213 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung von Signalen eines U ltraschal lsensors für die U mfelderfassung . Dabei sind mehrere Ultraschallsender und -empfänger mit einer Zentraleinheit verbunden . Die Sensoren erkennen aufg rund der zeitl ichen Abstände von Echosignalfolgen korrespondierende Cluster, um dann d iese Clusterinformationen zur Zentraleinheit zu übertragen . Eine weitere Ultraschal l- Messvorrichtung zur Entfernungsmessung ist aus US- A-4 975 889 bekannt.

Aufgabe der Erfind ung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeu- gung und Auswertung von Ultraschallsignalen, insbesondere zur Ermittlung eines Abstandes eines Fahrzeugs zu einem Hindernis, zu schaffen, bei denen eine automatische Schwellwertberech nung und -nachführung erfolgen sol l, wobei allerdings vereinfachte Hardware- Komponenten verwendet werden sollen .

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfind ung eine Vorrichtung zur Erzeugung und Auswertung von U ltraschallsig nalen, insbesondere zur Ermittl ung des Abstandes eines Fahrzeugs zu einem Hindernis, vorgeschlagen, wobei die Vor ^¬ richtung versehen ist mit

- einem Daten bus zur Übertrag ung von Nutz- und Ansteuerdaten zwischen mindestens einem Ultraschal lsender-Teilnehmer, mindestens einem Ultraschallempfänger-Teil nehmer und einer zentralen Ansteuer- und Auswerteeinheit zur Ansteuerung des mindestens einen Ultraschal lsender-Teil ^¬ nehmers und des mindestens einen U ltraschallempfänger-Teilnehmers und zur unter Nachführu ng eines Schwellwerts erfolgenden Auswertung des Empfangssignals des Ultraschallempfänger-Teil nehmers, ob d ieses in zumindest einem Zeitabschnitt g rößer als das oder gleich dem nachgeführten Schwellwert ist, insbesondere zwecks Ermittl ung des Abstandes zu einem Hindernis, sofern ein solches innerhalb eines Abstandsbereichs vorgebbarer Größe vorhanden ist,

wobei der U ltraschallsender- Teilnehmer einen U ltraschallgeber zum Aussenden eines mehrere Ultraschallpulse aufweisenden Burst-Sendesig- nals mit einer Burst- Länge aufweist und

wobei der Ultraschal lempfänger- Teilnehmer einen U ltraschallaufnehmer zum Empfang eines an einem Hindernis reflektierten Burst-Sendesig nals als Ultraschal l- Empfangssig nal und eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung des ab dem Beginn eines Aussendens des Ultraschal l- Burst- Sendesignals in einzelne Zeitabschnitte (sogenannte Zellen) mit einer im Wesentlichen der Hälfte der Burst-Länge gleichenden Länge unterteilten, von dem Ultraschallaufnehmer empfangenen Empfangssignals aufweist.

Bei dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen,

dass die Signalverarbeitungseinheit pro Zeitabschnitt einen Spitzenwert des Empfangssignals ermittelt,

dass der mindestens eine Ultraschallempfänger- Teilnehmer über den Datenbus die Spitzenwerte der Zeitabschnitte des Empfangssignals an die zentrale Ansteuer- und Auswerteeinheit überträgt und

dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit anhand der von dem mindestens einen Ultraschallempfänger-Teilnehmer über den Datenbus erhaltenen Spitzenwerte, insbesondere zur Ermittlung des Abstandes zu einem potentiellen Hindernis, ermittelt, ob das Empfangssignal in zumindest einem der Zeitabschnitte größer als der oder gleich dem nachgeführten Schwellwert ist.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren zur Erzeugung und Auswertung von Ultraschallsignalen, insbesondere zur Ermittlung des Abstandes eines Fahrzeugs zu einem Hindernis, vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren

von mindestens einem Ultraschallempfänger-Teilnehmer eines Datenbus ein Ultraschall-Empfangssignal empfangen wird, nachdem von mindestens einem Ultraschallsender- Teilnehmer des Datenbus ein mehrere Ultraschallpulse umfassendes Burst-Sendesignal mit einer Burst-Länge ausgesendet worden ist,

das Ultraschall-Empfangssignal in Zeitabschnitt unterteilt wird, die im Wesentlichen gleich der Hälfte der Burst-Länge sind,

pro Zeitabschnitt des Ultraschall-Empfangssignals der Spitzenwert über den Datenbus an eine zentrale Ansteuer- und Auswerteeinheit übertragen wird und in der Ansteuer- und Auswerteeinheit anhand der Spitzenwerte des Ultraschall-Empfangssignals pro Zeitabschnitt unter Berücksichtigung einer Schwellwertnachführung ermittelt wird, ob das Ultraschall-Empfangssignal Zeitabschnitte aufweist, in denen das Ultraschall-Empfangssignal größer als der oder gleich dem nachgeführten Schwellwert ist.

Nach der Erfindung ist sinngemäß vorgesehen, dass die automatische Schwellwertberechnung und -nachführung zentral in einer Ansteuer- und Auswerteeinheit durchgeführt wird, die über einen Datenbus mit den Ultraschall- sender- und den Ultraschallempfänger- Teilnehmern verbunden ist. Jeder Ultraschallsender-Teilnehmer weist einen Ultraschallgeber zum Aussenden eines mehrere Ultraschallpulse aufweisenden Burst-Sendesignals mit einer Burst- Länge auf. Jeder Ultraschallempfänger-Teilnehmer ist mit einem Ultraschallaufnehmer zum Empfang eines Ultraschallsignals versehen. Bei diesem Ultra- schall-Empfangssignal handelt es sich beispielsweise um das an einem Hindernis reflektierte Burst-Sendesignal, das von einem Ultraschallsender-Teilnehmer ausgesendet worden ist. Dem Ultraschallaufnehmer nachgeschaltet ist eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung des empfangenen Ultraschallsignals. Hierbei wird das empfangene Ultraschallsignal in einzelne Zeitabschnitte, sogenannte Zellen, unterteilt, die im Wesentlichen gleich der Hälfte der Burst- Länge sind. Diese Unterteilung des Empfangssignals wird mit Beginn des Aussendens des Ultraschall-Burst-Sendesignals durchgeführt.

Erfindungsgemäß ist nun die Übertragung der Daten von den Ultraschallem- pfänger- Teilnehmern zur Ansteuer- und Auswerteeinheit reduziert. Jeder Ultraschallempfänger-Teilnehmer sendet nämlich im Wesentlichen lediglich den Spitzenwert des Empfangssignals pro Zelle. Die Spitzenwerte pro Zelle reichen aus, um in der Ansteuer- und Auswerteeinheit eine automatische Schwellwertberechnung und - nachführung durchzuführen.

Mithilfe der reduzierten Datenmenge ist es also erfindungsgemäß möglich, eine automatische Schwellwertberechnung und -nachführung durchzuführen. Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit, die Echo-Daten zeitgleich mit der Entstehung zu übertragen und extern und ohne nennenswerten Verlust zu verarbeiten. Bei einer Schwellwertberechnung im Ultraschallempfänger-Teilnehmer- IC kann auf einen umfangreichen Zwischenspeicher verzichtet werden. Die Er- findung nutzt also die Schwellwertnachführung- und berechnung auf Basis kleinstmöglicher Datenmengen, die von den Ultraschallempfänger-Teilnehmern und nach Auswertung der Ultraschallempfangssignale übertragen werden. Eine derartige Schwellwertberechnung und -nachführung ist insbesondere unter dem Aspekt sinnvoll, dass nun eine sichere Detektion von Objekten auf grö- ßere Distanzen auch bei stark wechselnden Umgebungsbedingungen (Tiefgarage, freies Feld) möglich ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalverarbeitungseinheit des mindestens einen Ultraschallempfänger-Teilnehmers pro Zeitabschnitt auch den Mittelwert des Empfangssignals ermittelt und dass der mindestens eine Ultraschallempfänger-Teilnehmer auch die Mittelwerte pro Zeitabschnitt über den Datenbus an die Ansteuer- und Auswerteeinheit überträgt. Durch die zusätzliche Übertragung des Mittelwerts des Empfangssignals pro Zeitabschnitt, dh pro Zelle, kann die automatische Schwellwertberech- nung und -nachführung noch genauer durchgeführt werden. Da nun pro Zeitabschnitt des Empfangssignals ein Mittelwert übertragen worden ist, kann die Ansteuer- und Auswerteeinheit aus diesen Mittelwerten den Mittelwert des Empfangssignals über all seine Zeitabschnitte berechnen. Diese Berechnung kann wiederum in die automatische Schwellwertberechnung und -nachführung eingehen.

Zweckmäßig ist es, wenn an den Datenbus mehrere Ultraschallsender-Teilnehmer und mehrere Ultraschallempfänger-Teilnehmer angeschlossen sind. Wie bereits zuvor erwähnt, kann der mindestens eine Ultraschallsender-Teilnehmer und der mindestens eine Ultraschallempfänger-Teilnehmer oder jeweils ein Paar aus Ultraschallsender-Teilnehmer und Ultraschallempfänger- Teilnehmer als ein gemeinsamer Teilnehmer des Datenbus konzipiert sein, wobei der Ultraschallgeber und der Ultraschallaufnehmer als eine Einheit in Form eines Ultraschall-Transducers ausgebildet ist. Desweiteren ist es möglich, dass an den Datenbus mehrere Ultraschallempfänger-Teilnehmer angeschlossen sind, wobei die Anzahl an Ultraschallempfänger- Teilnehmern größer oder kleiner ist als die Anzahl an Ultraschallsender-Teilnehmern. Schließlich ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit anhand der über den Datenbus empfangenen Spitzenwerte und gegebenenfalls Mittelwerte pro Zeitabschnitt des Empfangssignals des mindestens einen Ultraschallempfänger- Teilnehmers ein potentielles Echo detektiert und anhand der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Aussendens des Ultraschall-Burst-Sendesignals und dem Auftreten des Echos den Abstand zu einem potentiellen Hindernis ermittelt.

Bei den bekannten Verfahren zur automatischen Schwellwerterzeugung und - nachführung bei Systemen mit z. B. Datenbus und an diesen angeschlossenen ICs mehrerer Ultraschallempfänger-Teilnehmer wird der Messbereich in einzelne Abschnitte (sogenannte Zellen) unterteilt, was bedeutet, dass das Ultraschallempfangssignal in diese Zeitabschnitte unterteilt wird. Die Zeitabschnitte bzw. Zellen weisen eine Länge auf, die im Wesentlichen gleich der halben Puls- (Burst-)Länge sind. Die Größe der Abschnitte entspricht der Auflösung zweier Echosignale. Zur Berechnung des Schwellwerts im Bereich einer Zelle X werden im Stand der Technik die Verläufe des Empfangssignals in den Zellen links und rechts der betrachteten Zelle herangezogen. Allen bekannten Verfahren ist gemeinsam, dass sie den Mittelwert der Empfangssignale in den Zellen betrachten.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Stand der Technik, indem die Mittelwerte nicht notwendigerweise in die Berechnungen einbezogen werden. Zur Entscheidung, ob ein Echo vorliegt, wird der so berechnete Schwellwert mit dem Echosignal verglichen. Das Echosignal muss hierzu zwischengespeichert werden. Versuche haben gezeigt, dass es in der Praxis völlig ausreichend ist, nur den Spitzenwert des Echosignals pro Zelle zu betrachten. Die Ortsauflösung sinkt zwar geringfügig, aber es ist sichergestellt, dass kein Echo verloren geht, sämtliche Echos also erkannt werden. Das Echosignal selbst wird in seinen wesentlichen Bestandteilen (insbesondere bezüglich seiner Signalhöhen) durch die Spitzenwerte pro Zelle korrekt wiedergegeben. Durch einen weiteren Verzicht auf Ortsauflösung, was bei weit entfernt ange- ordneten, noch zu detektierenden Objekten gerechtfertigt ist, kann durch eine Vergrößerung der Zellen die Datenmenge pro Empfangssignal weiter reduziert werden.