Titel

Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Sensorsystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt. Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Fahrerassistenzfunktionen basierend auf Ultraschallsensoren sind seit vielen Jahren bekannt. Die meisten Ultraschallsensoren ähneln sich in ihrem konstruktiven Aufbau, wobei ein Membrantopf (typischerweise aus Aluminium) mit einem piezoelektrischen Element verklebt ist. Um eine Membranschwingung nach der Anregung zu dämpfen, ist der Membrantopf und Teile des Sensorgehäuses mit einem Material zur akustischen Schwingungsdämpfung befüllt, typischerweise mit einem Silikonschaum, der im Fertigungsprozess verschäumt wird. Diese Teile zusammen bilden den Transducer, der mit Drähten mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik verbunden ist. Der Transducer und die damit verbundene Elektronik bilden einen gekoppelten seriellen und parallelen Schwingkreis.

Eine Übertragungsfunktion kann aufgrund von Fertigungsstreuungen für jeden Ultraschallsensor unterschiedlich sein. Zusätzlich kann die Übertragungsfunktion von der Temperatur des Schallwandlers abhängen, da die schwingungsmechanischen Eigenschaften des Schallwandlers, z.B. die Membransteifigkeit, die Härte der Kleberschicht, die Nachgiebigkeit des Dämpfungsschaums, usw., und die elektrischen Eigenschaften seiner Komponenten, z.B. die elektrische Kapazität der Piezokeramik, auch temperaturabhängig sind. EP 3 540 709 A1 offenbart ein Straßenüberwachungssystem mit einer Vielzahl von Sensorelementen, wobei die Sensorelemente entlang zumindest einem Abschnitt einer Straße angeordnet sind. Dabei weisen die Sensorelemente jeweils ein Gehäuse mit einer Unterseite zur Befestigung auf und einer Oberseite auf. Weiterhin ist mindestens ein Sensor zur Erfassung einer Messgröße vorgesehen, wobei der Sensor mit einem im Gehäuse angeordneten Auswertevorrichtung verbunden ist, insbesondere zur autonomen Auswertung der erfassten Messgröße. Dabei ist die Auswertevorrichtung ausgebildet derart, dass aus der erfassten Messgröße ein Ereignis und/oder ein Zustand ermittelbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems, mit den Schritten: a) Drahtloses Bereitstellen wenigstens eines Datensatzes betreffend eine Betriebscharakteristik einer Sensoreinrichtung des Sensorsystems; und b) Verwenden des Datensatzes im Betrieb des Sensorsystems.

Vorteilhaft sind auf diese Weise dem Sensorsystem Eigenschaften der darin verwendeten Sensoreinrichtung besser bekannt, wodurch eine Systemauslegung des Sensorsystems verbessert durchgeführt werden kann. Vorteilhaft ist dadurch eine Nutzung von sensorindividuellen Daten, z.B. in Form eines Kennlinienfelds der Sensoreinrichtung, ermöglicht. Vorteilhaft kann dadurch eine Streuung von Sende- und Empfangseigenschaften der Sensoreinrichtung, die sich in der Übertragungsfunktion für einen Sende- und Empfangsfall auswirken können, verringert werden, wobei unter einer Übertragungsfunktion in diesem Zusammenhang eine Abhängigkeit der Echoamplitude von der Sende-Schallfrequenz der Sensoreinrichtung verstanden wird. Darin enthalten ist also sowohl die Frequenzabhängigkeit des Schalldrucks des ausgesendeten Ultraschallimpulses als auch die Frequenzabhängigkeit der empfangenen Echoamplitude. Akusto-elektrische Eigenschaften der Sensoreinrichtung, die von vielen Einflussgrößen aus der Fertigung abhängen, wie z.B. Güte und Qualität der Piezoklebung, Güte und Qualität des Dämpfungsschaumes, Toleranzen des Membrantopfes, usw., können auf diese Weise im Betrieb der Sensoreinrichtung berücksichtigt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Sensorsystem aufweisend: eine Sensoreinrichtung; und eine Recheneinrichtung, wobei wenigstens ein drahtlos bereitgestellter Datensatz betreffend eine Betriebscharakteristik der Sensoreinrichtung in einem Betrieb des Sensorsystems verwendet wird.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorgeschlagene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem maschinenlesbaren Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass der wenigstens eine Datensatz betreffend die Betriebscharakteristik der Sensoreinrichtung in einem Fertigungsprozess der Sensoreinrichtung ermittelt wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass in dem wenigstens einen Datensatz eine Übertragungsfunktion der Sensoreinrichtung drahtlos bereitgestellt wird. Dadurch wird ein Datensatz betreffend eine Betriebscharakteristik bereitgestellt, wobei es sich jedoch von selbst versteht, dass auch noch zusätzliche oder andere Daten drahtlos bereitgestellt werden können. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass der wenigstens eine Datensatz in einer Rechenvorrichtung der Cloud hinterlegt wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass der wenigstens eine Datensatz an ein Fahrzeugsteuergerät eines Fahrzeugs übermittelt wird. Auf diese Weise ist eine Hinterlegung des Datensatzes in einem Sensorspeicher, der in der Regel ohne hin nur sehr begrenzt ist, nicht erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass der empfangene Datensatz für eine Kompensation in einem Selektionsprozess, insbesondere zu einer Amplitudenkorrektur von empfangenen Echodaten verwendet wird. Vorteilhaft kann dadurch eine Einengung in der Streuung erreicht werden, was im Ergebnis eine feinere Kompensation von sensorindividuellen Eigenschaften ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass eine Zuordnung des wenigstens einen Datensatzes zur Sensoreinrichtung des Sensorsystems über eine ein ein-eindeutige ID (z.B. Seriennummer) erfolgt. Dadurch ist eine genaue Verwendung der jeweils dem Sensor entsprechenden Daten unterstützt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass nach jedem Systemstart eine Sensorkonfiguration und die Seriennummer ausgelesen wird, wobei geprüft wird, ob der Datensatz schon vorhanden ist, wobei im Falle, dass der Datensatz noch nicht vorhanden ist, der Datensatz neu heruntergeladen und im Steuergerät abgespeichert wird. Auf diese Weise wird auch geprüft, ob der Sensor mit der eineindeutigen spezifischen Sensor-ID überhaupt verbaut ist. Beispielsweise kann die Prüfung jedes Mal dann erfolgen, wenn eine Parkapplikation des Fahrzeugs (üblicherweise beim Fahrzeugstart) gestartet wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass aktuelle Umgebungsdaten anhand der aktuellen Fahrzeugposition abgefragt werden, wobei ein Arbeitspunkt der Sensoreinrichtung aus dem Datensatz anhand der Umgebungsdaten angepasst wird. Dies kann z.B. aus Sensordaten oder anhand von Positionsdaten aus Wetterkarten durchgeführt werden.

Weitere, die Erfindung erläuternde und verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von mehreren Figuren näher erläutert.

Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und technischen Vorteilen betreffend das vorgeschlagene Sensorsystem ergeben und umgekehrt.

Kurze Beschreibung der Figuren

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein erstes Diagramm eines Kennlinienfeldes einer Sensoreinrichtung eines vorgeschlagenen Sensorsystems;

Fig. 2 ein zweites Diagramm eines Kennlinienfeldes einer Sensoreinrichtung eines vorgeschlagenen Sensorsystems;

Fig. 3 ein Übersichtsbild mit einer Erläuterung einer prinzipiellen Wirkungsweise des vorgeschlagenen Verfahrens; und

Fig. 4 einen prinzipiellen Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines vorgeschlagenen Sensorsystems.

Ausführungsformen der Erfindung An heutige Ultraschallsensoren werden hinsichtlich Robustheit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit über unterschiedliche Temperatur- und Arbeitsfrequenzbereiche hohe Anforderungen gestellt. Einflüsse auf die gemessene Echoamplitude durch die individuelle Übertragungsfunktion, Temperatur, Feuchte der Umgebung können nur unzureichend kompensiert werden und können letztlich zu funktionalen Einschränkungen führen.

Um funktionale Eigenschaften von Ultraschallsensoren einander anzugleichen, werden Ultraschallsensoren im Werk üblicherweise an einem Arbeitspunkt abgeglichen (z.B. bezüglich Schalldrucks und Empfindlichkeit bei einer bestimmten Arbeitsfrequenz und Umgebungstemperatur). Damit wird zumindest bei einer bestimmten Temperatur und einer bestimmten Arbeitsfrequenz im späteren Messbetrieb sichergestellt, dass verschiedene Sensoren bei gleichem Messobjekt im Wesentlichen die gleiche Echoamplitude liefern. Dies ist wichtig, da von der Echoamplitude auf bestimmte Eigenschaften des Objekts geschlossen werden kann, wie z.B. eine Höhe eines detektierten Objekts.

Vorgeschlagen wird, insbesondere in neuen Fahrzeugarchitekturen mit Anbindung an ein Mobilfunknetz (z.B. an das 5G-Funknetz), Ultraschallsensor-spezifische und Ultraschallsensor-individuelle Eigenschaften (insbesondere die Übertragungsfunktion) aus einer Cloud ins Fahrzeug herunterzuladen und gewinnbringend in einem Sensorsystem mit einem Ultraschallsensor einzusetzen. Darüber hinaus können über die Cloud auch lokale Temperatur- und Luftfeuchtedaten übertragen und im Sensorsystem verwendet werden.

Herrscht während des Messbetriebs eine andere Temperatur als beim Abgleich und/oder wird eine andere Arbeitsfrequenz gewählt als beim Abgleich, kann die Echoamplitude vom Sollwert abweichen.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann vorteilhaft erreicht werden, dass Form und der Temperaturgang der Übertragungsfunktion eines Sensors im laufenden Betrieb eines Ultraschallsensors bekannt ist und auch genutzt wird. Daraus folgt, dass außerhalb des Arbeitspunktes des Abgleichs Unterschiede in der Echoamplitude zwischen verschiedenen Sensoren berücksichtigt und ausgeglichen werden können. Durch das vorgeschlagene Verfahren ist unterstützt, bei Sensorsystemen mit einem Ultraschallsensor unter Zuhilfenahme von sensorindividuellen Kenngrößen sowie durch genauere Kenntnis der Außentemperatur und Luftfeuchte die Streuung der Gesamtperformance über wechselnde Umgebungsbedingungen und Fahrzeuge hinweg zu beschränken.

Diese Daten und Kenngrößen werden in einer Daten Cloud gespeichert und können bei Bedarf vom Sensorsystem mit dem Ultraschallsensor abgerufen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Daten nicht im Sensor selbst gespeichert werden müssen, wodurch vorteilhaft Material- und Herstellkosten eingespart werden können.

Für das vorgeschlagene Verfahren wird von folgenden Komponenten ausgegangen: a) eine für das Sensorsystem mit dem Ultraschallsensor zugängliche drahtlose Anbindung an ein Mobilfunknetz (z.B. 5G-Netz) und Zugang zu einer Daten Cloud b) die Speicherung relevanter sensorindividueller Kenngrößen wie Übertragungsfunktion, Abgleichdaten, Impedanzkurve und Ersatzparameter inklusive deren Temperaturgang und Frequenzabhängigkeit in der Daten Cloud. Diese Größen können z.B. während der Fertigung der Sensoren und deren Abgleich am Bandende an jedem Sensor gemessen werden. Denkbar ist aber auch die Bereitstellung derartiger Daten aus rechentechnischen Simulationsprozessen c) Die Speicherung einer eineindeutigen Kennung bzw. ID dieser Datensätze, z.B. über die Seriennummer des Sensors. Diese eineindeutige Kennung wird in jeden Ultraschallsensor am Bandende programmiert

Ein Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens kann wie folgt aussehen:

Nach Systemstart (Inbetriebnahme eines Fahrzeugs mit dem vorgeschlagenen Sensorsystem):

1. In einem Fahrzeug wird nach Systemstart die Sensorkonfiguration abgefragt und die Seriennummer jedes Sensors ausgelesen. 2. Reihum wird für alle Sensoren geprüft, ob zu den Seriennummern bereits der zugehörige Datensatz für die aktuell herrschende Umgebungstemperatur im Steuergerät vorliegt. a. Falls ja: ist das Verfahren beendet b. Falls nein: Herunterladen des Datensatzes aus der Cloud und Speicherung des Datensatzes in einem Steuergerät des Fahrzeugs

In einem laufenden Betrieb:

3. Abfragen von aktuellen Umgebungsdaten (z.B. Luftfeuchte und Umgebungstemperatur) aus dem 5G-Netz anhand der aktuellen Fahrzeugposition

4. Abgleich mit der Fahrzeugmessung (Umgebungstemperatursensor im Fahrzeug)

5. Aktualisierung der Datensätze, falls die Umgebungstemperatur sich signifikant geändert hat

Vorteilhaft können die Datensätze D per 5G-Netz an ein Fahrzeugsteuergerät eines Fahrzeugs übermittelt und dort hinterlegt werden. Aufgrund der sehr hohen Bandbreite eines 5G-Netzes ist dadurch eine hohe Aktualität der Datensätze D unterstützt.

Ein Beispiel für eine Kompensation der temperaturabhängigen Detektionsempfindlichkeit wird nachfolgend anhand von zwei Figuren erläutert.

Eine Übertragungsfunktion der Sensoreinrichtung kann beispielsweise den in Fig. 1 gezeigten Verlauf über der Temperatur T und der Frequenz f aufweisen. Die von der Sensoreinrichtung 10 empfangenen Echos haben bei einer Signalfrequenz T (Frequenz des von der Sensoreinrichtung 10 ausgesendeten Ultraschallimpulses) eine Amplitude proportional zur Magnitude m1(T1). Wird die Sensoreinrichtung 10 bei einer höheren Signalfrequenz f2 betrieben, so sinkt die Echoamplitude bei gleicher Objektszene entsprechend der dann niedrigeren Magnitude m2(T1). Fig. 1 zeigt somit eine Übertragungsfunktion der Sensoreinrichtung 10 bei der Temperatur T1 in Abhängigkeit von der Frequenz f. Durch Herunterladen der zur aktuell an der Sensoreinrichtung 10 herrschenden Temperatur T1 gehörenden Magnitude- Werte m1(T1) und m2(T1) aus der Sensordatenbank in der Cloud 300 kann das Steuergerät für jedes identifizierte Sensorexemplar eine Korrektur der Echoamplituden durch Multiplikation mit dem Kehrwert der Magnitude durchführen. Somit sind die Echoamplituden nach der Korrektur unabhängig von der Arbeitsfrequenz und der Übertragungsfunktion der Sensoreinrichtung 10.

Fig. 2 zeigt eine weitere Übertragungsfunktion derselben Sensoreinrichtung 10 wie jener von Fig. 1, allerdings bei einer anderen Temperatur T2. Man erkennt, dass bei dieser Temperatur im Unterschied zu Fig. 1 die Magnitude m2(T2) größer als m1(T2) ist. Die Signalfrequenzen T, f2 können im Betrieb der Sensoreinrichtung 10 z.B. auch im Rahmen von Frequenzchirps bereitgestellt werden.

Fig. 3 zeigt ein Übersichtsbild mit einer Funktionsweise des vorgeschlagenen Verfahrens. Man erkennt, dass an eine in einer Cloud 300 angeordnete Rechenvorrichtung 200 wenigstens ein Datensatz D betreffend eine Betriebscharakteristik der Sensoreinrichtung 10 (z.B. Fertigungsdaten) zugeführt werden. Als Anwendungsbeispiel kann der Datensatz D an ein Sensorsystem 100 eines Fahrzeugs 30 übermittelt werden, welches den Datensatz D z.B. in einem Steuergerät (nicht dargestellt) zur weiteren Verwendung (z.B. für ein Fahrerassistenzsystem) hinterlegt.

Man erkennt, dass das Sensorsystem 100 eine Sensoreinrichtung 10 (zum Beispiel Ultraschallsensor) umfasst. Operative Daten (z.B. Echodaten), die von der Sensoreinrichtung 10 im laufenden Betrieb erfasst werden, werden mittels einer funktional mit der Sensoreinrichtung 10 verbundenen Recheneinrichtung 20 (z.B. ASIC) verarbeitet und ausgewertet. Die ausgewerteten Daten können einem Fahrerassistenz-System (nicht dargestellt) zugeführt werden, beispielsweise in Form eines Parkpiloten und dergleichen.

Die gezeigte Anbindung der Cloud 300 mit der Rechenvorrichtung 200 an das Fahrzeug 30 kann z.B. mittels eines 5G-Netzes realisiert sein, wodurch eine leistungsfähige Datenverbindung zur Verfügung steht.

Beispielsweise kann das vorgeschlagene Sensorsystem 100 in einer elektrischen Fahrzeugarchitektur eingesetzt werden, bei der einige wenige Steuergeräte die Funktionen von heute dutzenden übernehmen. Obwohl vorgehend das vorgeschlagene Verfahren anhand eines Ultraschallsensors erläutert wurde, versteht es sich von selbst, dass das vorgeschlagene Verfahren auch mit technologisch andersartigen Sensortypen durchführbar ist. Vorteilhaft ist eine Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens nicht auf Sensorsysteme mit Ultraschallsensoren beschränkt, sondern kann analog auch auf andere Funktionen/Systeme angewendet werden.

Fig. 4 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens:

In einem Schritt 400 erfolgt ein drahtloses Bereitstellen wenigstens eines Datensatzes D betreffend eine Betriebscharakteristik einer Sensoreinrichtung 10 des Sensorsystems 100.

In einem Schritt 410 erfolgt ein Verwenden des Datensatzes D im Betrieb des Sensorsystems 100.

Vorteilhaft ist es möglich, das vorgeschlagene Verfahren wenigstens teilweise oder ganz in Software zu implementieren, wodurch eine effiziente und leichte Adaptierbarkeit des vorgeschlagenen Verfahrens unterstützt ist. Zur Durchführung kann z.B. eine leistungsfähige Rechnervorrichtung 200 in der Cloud 300 benutzt werden.

Der Fachmann wird bei der Umsetzung der Erfindung auch vorgehend nicht oder nur teilweise erläuterte Ausführungsformen realisieren.