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Title:
ECHOLOCATION WITH DIRECTION-DEPENDENT RESONATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/101515
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a directional filter (10), to the use of a directional filter (10) according to the invention in an echo-locating surroundings detection device (20) of a vehicle (1), to a surroundings detection device (20) of a vehicle (1) for echolocating an object (3) in a surrounding field of the vehicle (1), and to a method for the localization an object (3) by means of an echo-locating surroundings detection device (20) of a vehicle (1). The directional filter (10) comprises a plurality of elevations (12) and depressions (13) in a surface (11) of the directional filter (10). The elevations (12) and depressions (13) of the surface (11) form a system of resonators (14), wherein each resonator (14), depending on the respective shape, size and/or arrangement of the respective elevation (12) or depression (13), is excited in the event of an echo incidence from a specific echo incidence direction (15).

Inventors:
ENGEL MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/080409
Publication Date:
May 31, 2019
Filing Date:
November 07, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
G01S3/801; G01S7/521; G01S7/527; G01S7/54; G01S15/93; H04R1/34; G01S7/481
Domestic Patent References:
WO2001074117A12001-10-04
Foreign References:
DE102015201770B32016-05-25
Other References:
SUNGMOK HWANG ET AL: "Sound direction estimation using an artificial ear for robots", ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 59, no. 3, 21 December 2010 (2010-12-21), pages 208 - 217, XP028152568, ISSN: 0921-8890, [retrieved on 20110106], DOI: 10.1016/J.ROBOT.2010.12.005
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Richtungsfilter (10) für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) aufweisend

- eine Fläche (11) mit einer Erhöhung (12) und/oder einer Vertiefung (13), wobei

- die Erhöhung (12) und/oder die Vertiefung (13) jeweils einen Resonator (14) bilden und

- bei einem Echoeinfall der jeweilige Resonator (14) in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung (15) anregbar ist.

2. Richtungsfilter (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

- der Resonator (14) eine von einer Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung (12) und/oder der Vertiefung (13) abhängige Eigenfrequenz aufweist, wobei

- der Richtungsfilter (10) ausgeführt ist, bei dem Echoeinfall in Abhängigkeit der Echoeinfallsrichtung (15) ein Frequenzband aus einem Echospektrum, in dem die Eigenfrequenz des Resonators (14) liegt, auszuwählen, vorzugsweise durch jeweilige Verstärkung und/oder Dämpfung des Echospektrums.

3. Richtungsfilter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (11 ) eine Ohrreliefform (30) aufweist mit mehreren Erhöhungen (12) und/oder Vertiefungen (13), vorzugsweise in Form einer Helix (31 ), Crus helicis (31a), Scapha (32), Anthelix (33) mit Crus superius anthelicis (33a) und Crus inferius anthelicis (33b), Fossa triangularis (34), Cymba conchae (35a) und Cavum conchae (35b), Tragus (36), Antitragus (36a) und/oder Lobulus auriculae (37).

4. Richtungsfilter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) aus Kunststoff, Kunstharz, Keramik, Metall oder einer Kombination der vorangehenden Materialien gefertigt ist.

5. Richtungsfilter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) durch ein Spritzgussverfahren oder eine additive Fertigung hergestellt ist.

6. Verwendung eines Richtungsfilters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) zur Lokalisation einer Echoquelle in einer Medianebene (2).

7. Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ) zur Echoortung eines Objekts (3) in einem Umfeld (4) des Fahrzeuges (1 ) aufweisend

- einen Sender (21 ), der ausgeführt ist, ein Signal zu senden,

- einen Empfänger (22), der ausgeführt ist, das Signal nach Reflektion an dem Objekt (3) zu empfangen, und

- einen Richtungsfilter (10), der ausgeführt ist, ein Frequenzband aus einem Echospektrum in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung (15) zu verstärken und/oder zu dämpfen.

8. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) ein Richtungsfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.

9. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfilter (10) in eine Außenstruktur (5) oder eine Verkleidung (6) des Fahrzeuges (1 ) als Stilelement oder verdeckt anordenbar ist.

10. Umfelderfassungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfelderfassungseinrichtung (20) ein Ultraschallsensor ist.

11. Verfahren zur Lokalisation eines Objekts (3) mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung (20) eines Fahrzeuges (1 ), wobei die Umfelderfassungseinrichtung (20) wenigstens zwei Empfänger (22) aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten:

- Bestimmen eines Horizontaleinfallswinkels (7) eines an dem Objekt (3) reflektierten Echos in einer Horizontalebene (8), in der die Empfänger (22) angeordnet sind, durch Messen von Laufzeitdifferenzen zwischen den Empfängern (22) und - Bestimmen eines Vertikaleinfallswinkels (9) in einer Medianebene (2) mit einem Richtungsfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Richtungsfilter (10) wenigstens einen der Empfänger (22) umgibt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Entfernung des Objekts (3) durch die Laufzeitdifferenzen bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klassifikation des Objekts (3) anhand einer Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Objekt (3) anhand der Laufzeitdifferenzen ein Abbild, vorzugsweise ein dreidimensionales Abbild, erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Umfelderfassungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 verwendet wird.

Description:
Echoortunq mit richtunqsabhänqiqem Resonator

Die Erfindung betrifft einen Richtungsfilter nach Anspruch 1 , eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters in einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges nach Anspruch 6, eine Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Echoortung eines Objekts in einem Umfeld des Fahrzeuges nach Anspruch 7 und ein Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges nach Anspruch 11.

Automatisiertes Fahren erfordert die Umfelderfassung eines Fahrzeuges. Verschiedene Technologien sind bekannt, wie z.B. Kamera, Lidar und/oder Radar. Ein Nachteil der bekannten Technologien ist der hohe Rechenaufwand zur Signalverarbeitung.

Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, die Umfelderfassung von Objekten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Richtungsfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters in einer Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 6, eine Umfelderfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer echoortenden Umfelderfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Richtungsfilter für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges weist eine Fläche mit einer Erhöhung und/oder einer Vertiefung auf. Die Erhöhung und/oder die Vertiefung bilden jeweils einen Resonator.

Bei einem Echoeinfall ist der jeweilige Resonator in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung anregbar. Ein Filter ist eine mechanische oder elektrische Vorrichtung, mit der vorgegebene Frequenzanteile aus einem Spektrum eines Signals ausgewählt und/oder unterdrückt werden können. Bevorzugte Signalanteile werden mit dem Filter verstärkt. Unerwünschte Signalanteile werden mit dem Filter abgeschwächt oder unterdrückt.

Ein Richtungsfilter ist ein Filter, der ein Signal richtungsselektiv filtert, das heißt abhängig von der Einfallsrichtung des Signals.

Echoortung bezeichnet die Erkennung der Position und/oder Art von Objekten durch Aussenden von Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen und Analyse der von den Objekten reflektierten Wellen. Aus der Laufzeit der Wellen wird die Entfernung zu einem Objekt ermittelt. Ebenso kann die Größe des Objekts ermittelt werden.

Erfindungswesentlich ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Richtungsfilter auch die Richtung, aus der von dem Objekt reflektierte Wellen auf den Richtungsfilter treffen, ermittelt werden kann. Für den Fall, dass die reflektierten Wellen von dem Objekt bis zu dem Richtungsfilter nicht abgelenkt werden, ist damit auch die Richtung ermittelbar, in der sich das Objekt befindet. Insbesondere ist ermittelbar, ob die von dem Objekt reflektierten Wellen in Bezug zu dem Richtungsfilter von vorne, hinten, oben oder von unten kommen.

Echo bezeichnet ein Signal. Die von Objekten reflektierten Wellen sind ein Signal, das im Zusammenhang mit Echoortung auch Echosignal genannt wird.

Beispiele für Echoortung sind Radar, Sonar, Ultraschall, Lidar, Laserscanner und Time-Of-Flight-Methoden.

Ein Ultraschallsensor zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld des Ultraschallsensors ist ein Beispiel für eine Echo ortende Umfelderfassungseinrichtung.

Fahrzeuge sind insbesondere landgebundene Fahrzeuge. Eine Fläche des Richtungsfilters ist insbesondere eine Fläche, die in Richtung eines Echoeinfalls angeordnet ist.

Eine Erhöhung ist ein höher gelegener Teil einer Fläche. Eine Vertiefung ist ein tiefer gelegener Teil einer Fläche. Gefaltete Flächen weisen Erhöhungen und Vertiefungen auf.

Ein Resonator ist ein System, das zu Schwingungen angeregt werden kann. Systemkomponenten des Resonators sind auf eine oder mehrere bestimmte Frequenzen, sogenannte Eigenfrequenzen, in der Art abgestimmt, dass der Resonator bei einer breitbandigen Anregung im Wesentlichen mit den Eigenfrequenzen schwingt. Zum Beispiel ist ein abgeschlossenes oder teilweise offenes Luftvolumen ein akustischer Resonator. Die Elastizität der Luft in einem Hohlraum führt zusammen mit der Massenträgheit der Luft zu bestimmten Resonanzfrequenzen. Die Erhöhung und/oder die Vertiefung der Fläche des Richtungsfilters bilden einen Hohlraum und damit einen Resonator. Durch bestimmte Eigenschaften der Erhöhung und/oder der Vertiefung, beispielsweise in Abhängigkeit der Form, Größe und oder/Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung auf der Fläche, kann der durch die jeweilige Erhöhung und/oder Vertiefung gebildete Resonator eine richtungsabhängige Eigenfrequenz aufweisen.

Dadurch, dass der jeweilige Resonator in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung bei einem Echoeinfall anregbar ist, ist der Richtungsfilter ein passiver Filter, mit dem eine Vorverarbeitung des Echos durchgeführt werden kann, noch bevor das Echo von einem eigentlichen Empfänger in ein anderes, insbesondere elektrisches, Signal umgewandelt wird. Durch die Abhängigkeit von der Echoeinfallsrichtung wird eine Bestimmung der Richtung, aus der das Echo kommt, und damit eine Lokalisation des Echo reflektierenden Objekts in der Umgebung des Fahrzeuges mit wenig Rechenaufwand möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Resonator eine von einer Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung abhängige Eigenfrequenz auf, wobei der Richtungsfilter ausgeführt ist, bei dem Echoeinfall in Abhängigkeit der Echoeinfallsrichtung ein Frequenzband aus einem Echospektrum, in dem die Eigenfrequenz des Resonators liegt, auszuwählen, vorzugsweise durch jeweilige Verstärkung und/oder Dämpfung des Echospektrums. Dadurch entstehen richtungsabhängige Minima und/oder Maxima im Frequenzspektrum. Durch Auswerten der Minima und/oder Maxima im Frequenzspektrum des Echosignals kann der Richtungsfilter unterscheiden, aus welcher Richtung das Echo kommt. Dabei resultiert die Abhängigkeit von der Echoeinfallsrichtung insbesondere aus der Form, Größe und/oder Anordnung der Erhöhung und/oder der Vertiefung.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fläche eine Ohrreliefform auf mit mehreren Erhöhungen und/oder Vertiefungen, vorzugsweise in Form einer Helix, Crus helicis, Scapha, Anthelix mit Crus superius anthelicis und Crus inferius anthelicis, Fossa triangularis, Cymba conchae und Cavum conchae, Tragus, Antitragus und/oder Lobulus auriculae. Damit ist der Richtungsfilter ein Ohrähnlicher richtungsselektiver Filter. Die Form, Größe und Anordnung der Erhöhungen und Vertiefungen sind nicht auf die Anatomie des menschlichen Ohres beschränkt. Die Erhöhungen und/oder Vertiefungen des Richtungsfilters können auch eine Form, Größe und/oder Anordnung analog zu der Anatomie eines tierischen Ohres aufweisen. Für einen Infrarotsensor ist beispielsweise ein Richtungsfilter vorteilhaft, dessen Fläche die Ohrreliefform eines Elefanten aufweist. Für einen Ultraschallsensor ist beispielsweise ein Richtungsfilter vorteilhaft, dessen Fläche die Ohrreliefform einer Fledermaus aufweist.

Beim Ohr fungiert die aus Knorpelgewebe geformte Ohrmuschel als ein richtungsselektiver Schallfilter. Der Ohrknorpel ist stark gefaltet, so dass sich ein typisches Ohrrelief mit zahlreichen Erhöhungen und Vertiefungen ergibt, die jeweils eigene Bezeichnungen tragen.

Der äußere Rand der Ohrmuschel wird Helix genannt. Parallel zur Helix, getrennt durch eine enge gekrümmte Einziehung, die Scapha genannt wird, verläuft als ein Wulst die sichelförmige Anthelix. An ihrem kranialen, das heißt zum Kopf hin weisenden oder nach oben hin weisenden Ende teilt sie sich in zwei getrennte Falten, die obere, Crus superius anthelicis, und untere, Crus inferius anthelicis, Anthelixwurzel. Zwischen ihnen liegt eine dreieckige Einziehung, die Fossa triangularis. Die Anthelix rahmt die eigentliche Ohrmuschel, die Conchae auricularis, ein. Die Conchae auricu- laris ist eine ausgedehnte Vertiefung. Sie wird durch einen Ausläufer der Helix, die Crus helicis, in zwei Teile getrennt, die kranial gelegene Cymba conchae und das kaudal, das heißt zu den Füßen hin oder nach unten hin gelegene Cavum conchae, das den Übergang zum äußeren Gehörgang darstellt. Lateral, das heißt seitlich oder von der Körpermitte abgewandt vor dem Cavum conchae befinden sich zwei Verwölbungen, den rostral, das heißt in Richtung Mund oder zum vorderen Ende des Körpers hin gelegenen Tragus und den dorsal, das heißt zur Rückseite des Körpers oder eines Körperteils beziehungsweise Organs hin gelegenen Antitragus. Kaudal des Tragus schließt das Ohrläppchen, das Lobulus auriculae, an, das frei von Knorpel ist.

Mit seinen Auffaltungen und Vertiefungen ist das Relief der Ohrmuschel des Menschen ebenso von Tieren ein natürliches Filtersystem für den eintreffenden Schall. Der Schall wird an den Reliefkanten der Ohrmuschel gebrochen und dadurch, abhängig von seinen Frequenzanteilen, verschieden gedämpft. Aus dieser Modulation kann das Gehirn Informationen über die räumliche Herkunft einer Schallquelle gewinnen, insbesondere, ob ein Echo von vorne, hinten, oben oder unten stammt. Dieses sogenannte Richtungshören wird besonders deutlich innerhalb der richtungsbestimmenden Frequenzbänder, den sogenannten Bäuerischen Bändern, erkannt.

Zum Beispiel wird die Richtung von hinten mit über 80%iger Wahrscheinlichkeit um die Frequenz von 1 kHz erkannt.

Vorteilhafterweise ist der Richtungsfilter aus Kunststoff, Kunstharz, Keramik, Metall oder einer Kombination der vorangehenden Materialien gefertigt. Diese Materialien sind günstig und einfach bearbeitbar.

Bevorzugt ist der Richtungsfilter durch ein Spritzgussverfahren oder eine additive Fertigung hergestellt.

Das Spritzgussverfahren ist ein Urformverfahren, bei dem der jeweilige Werkstoff mit einer Spritzgießmaschine verflüssigt und unter Druck in eine Form, dem Spritzgießwerkzeug, eingespritzt wird. Im Werkzeug geht der Werkstoff durch Abkühlung oder eine Vernetzungsreaktion wieder in den festen Zustand über und wird nach dem Öffnen des Werkzeuges als Fertigteil entnommen. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeuges bestimmt dabei die Form und Oberflächenstruktur des fertigen Teiles.

Bei der additiven Fertigung erfolgt die Fertigung direkt auf Basis eines rechnerinternen Datenmodells aus formlosem oder formneutralem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Ein Beispiel für additive Fertigung ist das 3D- Druckverfahren.

Mittels eines dieser Verfahren kann der Richtungsfilter besonders kostengünstig hergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird ein erfindungsgemäßer Richtungsfilter in einer echoortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Lokalisation einer Echoquelle in einer Medianebene verwendet.

Als Medianebene wird die Ebene bezeichnet, die sich von oben nach unten und hinten nach vorne durch eine Körpermitte oder eine Objektmitte erstreckt.

Damit kann die Richtung des Echos nicht nur in einer Horizontalebene bestimmt werden, sondern auch in der Ebene senkrecht zur Horizontalebene. Dadurch wird eine dreidimensionale Lokalisation einer Echoquelle ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges zur Echoortung eines Objekts in einem Umfeld des Fahrzeuges weist einen Sender auf, der ausgeführt ist, ein Echosignal zu senden. Ferner weist die Umfelderfassungseinrichtung einen Empfänger auf, der ausgeführt ist, das Echosignal nach Reflexion an dem Objekt zu empfangen. Des Weiteren weist die Umfelderfassungseinrichtung einen Richtungsfilter auf, der ausgeführt ist, ein Frequenzband aus einem Echospektrum in Abhängigkeit einer Echoeinfallsrichtung zu verstärken und/oder zu dämpfen. Eine derartige Umfelderfassungseinrichtung hat den Vorteil, dass eine Richtungsabhängigkeit passiv durch den Richtungsfilter erhalten wird und keine aktiven Verfahren, wie z.B. Beamforming, erforderlich sind. Bevorzugt ist der Richtungsfilter ein erfindungsgemäßer Richtungsfilter.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Richtungsfilter in einer Außenstruktur o- der einer Verkleidung des Fahrzeuges als Stilelement oder verdeckt anordenbar. Außenstruktur oder Verkleidung sind Elemente wie Stoßstange oder Kühlergrill/- blende oder Zierelemente wie Chromleisten oder ähnliches. Außenstruktur oder Verkleidung bezeichnet Anbauteile, in die man den Richtungsfilter integrieren kann, ohne dass es optisch auffällig ist oder zu erhaben aufträgt.

Besonders bevorzugt ist die Umfelderfassungseinrichtung ein Ultraschallsensor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lokalisation eines Objekts mit einer Echo ortenden Umfelderfassungseinrichtung eines Fahrzeuges, wobei die Umfelderfassungseinrichtung wenigstens zwei Empfänger aufweist, weist die folgenden Verfahrensschritte auf.

Bestimmen eines Horizontaleinfallwinkels eines an dem Objekt reflektierten Echos in einer Horizontalebene, in der die Empfänger angeordnet sind, durch Messen von Laufzeitdifferenzen zwischen den Empfängern und

Bestimmen eines Vertikaleinfallwinkels in einer Medianebene mit einem erfindungsgemäßen Richtungsfilter, wobei der Richtungsfilter wenigstens einen der Empfänger umgibt.

Dieses Verfahren ermöglicht eine Echoortung mit einem richtungsabhängigen Resonator, wobei der Resonator einen einzelnen Empfänger, ähnlich der Ohrmuschel beim Menschen, umgibt.

Vorteilhafterweise wird eine Entfernung des Objekts durch die Laufzeitdifferenzen bestimmt.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Klassifikation des Objekts anhand einer Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung. Bei der klassischen Fre- quenzanalyse wird ein Signal in der Regel nach verschiedenen Frequenzordnungen und Amplituden zerlegt dargestellt und/oder der Phasenverlauf analysiert. Die Musterkennung umfasst statistische Elemente, zum Beispiel der deskriptiven Statistik mit multivariater Datenanalyse, oder nicht deterministische„Block Box“ Verfahren mit künstlichen neuronalen Netzen.

Vorzugsweise wird von dem Objekt anhand der Laufzeitdifferenzen ein Abbild, vorzugsweise ein dreidimensionales Abbild, erzeugt.

Bevorzugt wird zur Durchführung des Verfahrens eine erfindungsgemäße Umfelderfassungseinrichtung verwendet.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a: eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Richtungsfilters,

Fig. 1 b: eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Richtungsfilters,

Fig. 1c: ein Ausführungsbeispiel eines menschlichen Ohrs,

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungseinrichtung,

Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungseinrichtung,

Fig. 4a: ein Ausführungsbeispiel eines Signalverlaufs ohne Richtungsfilter,

Fig. 4b: ein Ausführungsbeispiel eines Signalverlaufs mit Richtungsfilter und Fig. 5: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In den Figuren bezeichnen selbe Bezugsziffern selbe oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den jeweiligen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile beziffert.

Fig. 1A zeigt einen Richtungsfilter 10 mit mehreren Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 in einer Fläche 1 1 des Richtungsfilters 10. Die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Fläche 1 1 bilden ein System von Resonatoren 14, wobei jede Erhöhung 12 und jede Vertiefung 13 jeweils einen Resonator 14 bildet. Jeder Resonator 14 wird in Abhängigkeit der jeweiligen Form, Größe und/oder Anordnung der jeweiligen Erhöhung 12 oder Vertiefung 13 bei einem Echoeinfall aus einer bestimmten Echoeinfallsrichtung 15 angeregt wird.

Der Richtungsfilter 10 weist eine Öffnung 16 auf. In die Öffnung 16 ist ein Empfänger 22 derart anordenbar, dass der Empfänger 22 von dem Richtungsfilter 10 ähnlich wie der Gehörgang beim Menschen von der Ohrmuschel umgeben ist.

Die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 des Richtungsfilters 10 sind in Fig. 1 B im Querschnitt dargestellt.

Der Richtungsfilter 10 weist eine einer in Fig. 1 C gezeigten Ohrreliefform 30 ähnliche Form auf. Insbesondere sind die Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Fläche 1 1 des Richtungsfilters in Form, Größe und/oder Ausrichtung ähnlich zu den Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 der Ohrreliefform 30. Die Ohrreliefform 30 weist als eine Erhöhung 12 die sogenannte Helix 31 auf, die die Ohrreliefform 30 umrandet. Ein Ausläufer der Helix 31 ist die Crus helicis 31 a, die zusammen mit der Helix 31 eine Vertiefung 13, nämlich die Cymba conchae 35a, einrahmt. Eine weitere Erhöhung 12 bildet die Anthelix 33, die mit einer Crus superius anthelicis 33a und einer Crus infer- ius anthelicis 33b als obere und untere Anthelixwurzel in die Helix 31 übergeht. Die Crus superius anthelicis 33a und die Crus inferius anthelicis 33b umranden zusammen mit dem entsprechenden Abschnitt der Helix eine dreieckförmige Vertiefung 13, die Fossa triangularis 34. Zwischen Anthelix und Helix verläuft als Vertiefung 13 die Scapha 32. Ein unteres Ende der Anthelix bildet als eine Erhöhung 12 der Antitragus 36a. Zusammen mit einer Erhöhung 12, dem Tragus 36, umrandet der Antitragus als eine Vertiefung 13 das Cavum conchae 35b. Ein unterer Rand der Ohrreliefform 30 bildet das knorpelfreie Ohrläppchen, das Lobulus auriculae 37.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung von zwei Empfängern 22 einer Umfelderfassungseinrichtung 20. Die Empfänger 22 sind in einem Abstand 23 zueinander in einer Horizontalebene, der XY-Ebene, angeordnet. Jeder der Empfänger 22 empfängt aus einer jeweiligen Echoeinfallsrichtung 15 ein Echo von einem Objekt 3. Durch Messen der Laufzeitdifferenzen des Echos zwischen den beiden Empfängern 22 lässt sich ein Horizontaleinfallswinkel 7 in einer Horizontalebene 8 bestimmen. Durch richtungsselektives Filtern mit dem Richtungsfilter 10 wird ein Vertikaleinfallswinkel 9 in einer Medianebene 2 bestimmt.

Fig. 3 zeigt als ein Fahrzeug 1 beispielsweise einen Pkw mit einer Außenstruktur 5 und einer Verkleidung 6. In der Verkleidung 6 ist die Umfelderfassungseinrichtung 20 integriert. Die Umfelderfassungseinrichtung 20 weist den Empfänger 22 auf, der in der Öffnung 16 des Richtungsfilters 10 angeordnet ist und von diesem umgeben wird. Die Umfelderfassungseinrichtung 20 weist ferner einen Sender 21 auf. Der Sender 21 ist beispielsweise ein Ultraschallsender, der als ein Signal einen Ultraschall aussendet mit einer bestimmten Dauer, Wiederholungsrate, Amplitude und Frequenz. Der Ultraschall wird von dem Objekt 3 in einem Umfeld 4 des Fahrzeuges 1 , das beispielsweise ein Fußgänger, ein vorausfahrendes Fahrzeug oder eine Straßenleitplanke ist, in den Raum reflektiert und von den Empfängern 22 als Echo empfangen. Das Umfeld 4 ist ein Bereich um das Fahrzeug 1 herum, zum Beispiel eine Halbkugel mit einem Radius von 100 m.

Fig. 4a zeigt einen Signalverlauf des Echos am Ort des Empfängers 22 ohne Richtungsfilter 10, Fig. 4b entsprechend mit Richtungsfilter 10. In den Fig. 4a und 4b ist jeweils aufgetragen eine Amplitude des Signals S in beliebiger Einheit, das heißt das Echo, in Abhängigkeit seiner Frequenz f, in der Einheit Hertz, also 1 /Sekunde. In einem Frequenzband A wird das Signal S richtungsabhängig gedämpft. In einem Frequenzband B wird das Signal S richtungsabhängig verstärkt. Das Signal S fällt zum Beispiel von hinten auf den Richtungsfilter. Bei diesem Echoeinfall 15 wird der Re- sonator 14 des Richtungsfilters 10 angeregt, der im Vergleich zu den übrigen Resonatoren 14 des Resonatorsystems des Richtungsfilters 10 eine hohe Eigenfrequenz von beispielsweise 1000 Hertz aufweist. Die übrigen Resonatoren werden aufgrund ihrer jeweiligen Form, Größe und/oder Anordnung bei diesem Echoeinfall 15 von hinten nicht angeregt. Daher werden alle anderen Frequenzen im Wesentlichen gedämpft. Aus dem Maximum des Signals bei 1000 Hertz folgt dann im Umkehrschluss, dass das Echo von hinten eingefallen ist.

Fig. 5 stellt den Ablauf des Verfahrens zur Lokalisation des Objekts 3, an dem ein Signal reflektiert wurde, dar. Der Horizontaleinfallswinkel 7 in der Horizontalebene 8 über Laufzeitmessung von einem Empfänger 22 zum anderen Empfänger 22 bestimmt. Der Vertikaleinfallswinkel 9 in der Medianebene wird durch den Richtungsfilter 10 bestimmt. Der Richtungsfilter 10 stellt einen selektiven richtungsabhängigen Filter dar, welcher als räumliche Struktur um den Empfänger 22 angeordnet ist. Über die Laufzeitmessung kann ferner eine Entfernungsschätzung erhalten werden. Die Art des Objekts 3 wird durch eine Frequenzanalyse und/oder Mustererkennung erkannt. Durch Verarbeitung der Daten beider Empfänger 22 kann mittels des Stereoprinzips ein dreidimensionales Bild von dem Objekt 3 erzeugt werden.

Der Vorteil der Erfindung liegt u.a. darin, dass eine Echoortung tageszeitunabhängig ist. Außerdem ist ein Ultraschallsensor, mit dem eine Echoortung durchgeführt werden kann, als Umfelderfassungseinrichtung gegen Wetterstörungen weniger empfindlich als z.B. ein Lidar. Bisher sind Ultraschallsensoren als Abstandssensoren zur Ortung von Objekten 3 in einer Ebene um das Fahrzeugl herum bekannt, z.B.

Parksensoren. Mit dem erfindungsgemäßen Richtungsfilter 10 und der Umfelderfassungseinrichtung 20 wird eine dreidimensionale Messung der räumlichen Umgebung mittels Ultraschall ermöglicht. Bezuaszeichen Fahrzeug

Medianebene

Objekt

Umfeld

Außenstruktur

Verkleidung

Horizontaleinfallswinkel

Horizontalebene

Vertikaleinfallswinkels

Richtungsfilter

Fläche

Erhöhung

Vertiefung

Resonator

Echoeinfallsrichtung

Öffnung

Umfelderfassungseinrichtung

Sender

Empfänger

Abstand

Ohrreliefform

Helix

a Crus helicis

Scapha

Anthelix

a Crus superius anthelicis

b Crus inferius anthelicis

Fossa triangularis

a Cymba conchae

b Cavum conchae

Tragus 36a Antitragus

37 Lobulus auriculae A Frequenzband

B Frequenzband

S Signal f Frequenz