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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs beim Aussenden eines Sendesignals in einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ultraschallsensorvorrichtung, welche zum Durchführen eines solchen Verfahrens ausgebildet ist und einen Ultraschallsensor sowie eine Steuereinrichtung aufweist, die zum Ansteuern des Ultraschallsensors dient. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung.
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Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden üblicherweise zum Unterstützen des Fahrers beim Durchführen von Parkvorgängen eingesetzt. Hier gehören die Ultraschallsensoren zu einer Fahrerassistenzeinrichtung bzw. einem Fahrerassistenzsystem, welche bzw. welches als Parkhilfe bezeichnet wird. Jedoch werden Ultraschallsensoren heutzutage auch immer häufiger außerhalb dieser eigentlichen Parkhilfefunktionalität eingesetzt, wie beispielsweise zur Fahrunterstützung mit aktiven Bremseingriffen aufgrund einer detektierten Kollisionsgefahr, d. h. bei automatischen Bremsassistenzsystemen, bei Systemen zur Totwinkelüberwachung, bei Systemen zur Abstandshaltung, bei Kollisionserkennungssystemen und dergleichen. Mittels der Ultraschallsensoren können insgesamt Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug und in dessen Umgebung befindlichen Zielobjekten bzw. Hindernissen gemessen werden. Die Ultraschallsensoren arbeiten dabei nach dem Echolaufzeitprinzip. Dies bedeutet, dass die Abstandsmessung in der Ultraschalltechnologie mittels eines Echolaufzeitverfahrens bzw. Echolotverfahrens erfolgt. Der Ultraschallsensor sendet ein Sendesignal – Ultraschall – und empfängt ein Empfangssignal, das ebenfalls ein Schallsignal ist und welches das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal ist. Es werden also Ultraschallwellen ausgesendet, von einem Objekt reflektiert und wieder durch denselben Ultraschallsensor und/oder einen anderen Ultraschallsensor desselben Kraftfahrzeugs empfangen und ausgewertet. In Abhängigkeit von der gemessenen Laufzeit der Ultraschallwelle wird dann der Abstand und gegebenenfalls auch die relative Position des Zielobjekts relativ zum Kraftfahrzeug bestimmt. Es sind also auch so genannte Kreuzmessungen bekannt, bei denen ein erster Ultraschallsensor das Sendesignal aussendet, das Empfangssignal jedoch durch einen anderen Ultraschallsensor desselben Kraftfahrzeugs empfangen wird.
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Es ist auch Stand der Technik (z. B.
DE 10 2011 109 915 A1 ), das Sendesignal eines Ultraschallsensors zu modulieren, sodass mit dem Sendesignal ein spezifisches Codewort – nämlich eine Kennung – übertragen wird. Dieses Sendesignal kann dann von anderen Störsignalen bzw. von Schallsignalen anderer Sensoren bzw. anderer Kraftfahrzeuge unterschieden werden. Auf der einen Seite kann somit das empfangene Signal von Ultraschallsignalen anderer Kraftfahrzeuge unterschieden werden; andererseits wird somit auch ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Ultraschallsensoren ein und desselben Kraftfahrzeugs ermöglicht. In diesem Falle sendet jeder Ultraschallsensor ein Sendesignal mit einer zugeordneten spezifischen Kennung und kann dann das eigene Schallsignal wieder erkennen.
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Wenn das Sendesignal moduliert ist, so muss auch das Empfangssignal demoduliert werden können. Es muss also überprüft werden, ob das empfangene Empfangssignal dieselbe Kennung wie das Sendesignal aufweist und somit das von einem Objekt reflektierte Sendesignal ist. Nach heutigem Stand der Technik werden die empfangenen Empfangssignale mittels Korrelation auf ihre Codierung hin überprüft. Das Ergebnis der Korrelation ist ein Maß für die Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Ultraschallsignal und dem erwarteten. Es wird also eine Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und einem Referenzsignal berechnet, wobei das Referenzsignal dem ausgesendeten Sendesignal entspricht. Wird eine relativ große Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal erkannt, so wird festgestellt, dass es sich bei dem Empfangssignal um das eigene Signal des Ultraschallsensors handelt.
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Im Betrieb eines Ultraschallsensors kommt es jedoch auch zu einer Dopplerverschiebung des Sendesignals in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Diese Dopplerverschiebung bedeutet, dass sich die Frequenz des ausgesendeten Sendesignals verschiebt und das Empfangssignal eine von der Sendefrequenz des Sendesignals unterschiedliche Empfangsfrequenz aufweist. Aufgrund der Dopplerverschiebung gestaltet sich die Demodulation des Empfangssignals relativ aufwändig. Für die Demodulation des Empfangssignals müssen so genannte Doppler-Bänke genutzt werden, um das Empfangssignal auch bei einer Dopplerverschiebung zuverlässig demodulieren und somit das oben genannte Codewort sicher zurückgewinnen zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufwand bei dem Empfangen eines Empfangssignals durch einen Ultraschallsensor, insbesondere beim Demodulieren des Empfangssignals, im Vergleich zum Stand der Technik zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs beim Aussenden eines Sendesignals in einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Es wird eine Dopplerverschiebung, welche das Sendesignal in dem Umgebungsbereich voraussichtlich erfahren wird, geschätzt. Dann wird eine Sendefrequenz für das Sendesignal so festgelegt, dass eine Empfangsfrequenz eines Empfangssignals, welche der um die geschätzte Dopplerverschiebung verschobenen Sendefrequenz entspricht, in einem vorgegebenen Frequenzwertebereich liegt. Dann wird das Sendesignal mit der so festgelegten Sendefrequenz ausgesendet.
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Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, dass die Dopplerverschiebung noch vor dem Aussenden des Sendesignals im Voraus abgeschätzt wird und die Sendefrequenz abhängig von der voraussichtlichen Dopplerverschiebung festgelegt wird, um ein Empfangssignal mit einer gewünschten Empfangsfrequenz zu erreichen. Mit anderen Worten wird somit die Empfangsfrequenz des Empfangssignals auf den vorgegebenen Frequenzwertebereich gesteuert. Eine solche Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Verarbeitung des Empfangssignals beim Empfänger im Vergleich zum Stand der Technik erheblich vereinfacht wird. Insbesondere beim Aussenden eines modulierten Sendesignals wird der Aufwand bei der Demodulation des Empfangssignals im Empfänger erheblich reduziert. Das Empfangssignal weist nämlich eine vorgegebene Empfangsfrequenz auf bzw. eine Empfangsfrequenz, die in einem vorgegebenen Frequenzwertebereich liegt. Somit kann insbesondere auf die oben genannten Doppler-Bänke zur Signaldemodulierung verzichtet werden oder die Anzahl der erforderlichen Doppler-Bänke kann deutlich reduziert werden. Dieser Effekt ist auch bei der Codierung bzw. bei der Modulation von Sendesignalen hilfreich. Das Frequenzband kann nämlich insgesamt eingeschränkt werden, und es können somit die Doppler-Bänke optimiert werden, die für die Decodierung im Empfänger verantwortlich sind. Auch bei Kreuzmessungen wird die Demodulierung von Empfangssignalen anderer Sensoren erleichtert.
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Die Festlegung der Sendefrequenz erfolgt vorzugsweise derart, dass eine vorgegebene Basissendefrequenz, welche üblicherweise im Stand der Technik für das Sendesignal verwendet wird und fest in dem Ultraschallsensor oder einem Steuergerät abgelegt ist, um die geschätzte Dopplerverschiebung erhöht oder reduziert wird, nämlich abhängig von dem Zeichen bzw. der Richtung der Dopplerverschiebung.
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Die Sendefrequenz für das Sendesignal wird vorzugsweise so festgelegt, dass die Empfangsfrequenz des Empfangssignals der oben genannten Basissendefrequenz entspricht, welche bei dem Festlegen der Sendefrequenz für das Sendesignal um die geschätzte Dopplerverschiebung verschoben und somit beeinflusst wird. Die Empfangsfrequenz des Empfangssignals ist somit gleich der idealen bzw. optimalen Basissendefrequenz, was den Aufwand bei der Auswertung des Empfangssignals im Empfänger auf ein Minimum reduziert.
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Es kann optional auch vorgesehen sein, dass über eine Vielzahl von Messzyklen des Ultraschallsensors hinweg die Empfangsfrequenz des Empfangssignals durch das Festlegen der Sendefrequenz konstant – d. h. auf einen konstanten Wert – geregelt wird. Bei jedem Messzyklus wird dabei eine Membran des Ultraschallsensors zum Aussenden jeweils eines Sendesignals mit der festgelegten Sendefrequenz angeregt. Wird die Empfangsfrequenz auf einen konstanten Wert – insbesondere auf die oben genannte Basissendefrequenz – geregelt, so kann im Empfänger somit auf die Vielzahl von Doppler-Bänken verzichtet werden.
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Die Schätzung der Dopplerverschiebung kann grundsätzlich auf unterschiedlichste Art und Weise vorgenommen werden. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass für die Schätzung der Doppler-Verschiebung zunächst eine Eigengeschwindigkeit bzw. die eigene Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahn erfasst und bei der Schätzung der Dopplerverschiebung berücksichtigt wird. Im einfachsten Fall kann die Schätzung der Dopplerverschiebung sogar ausschließlich anhand der Eigengeschwindigkeit erfolgen, sodass angenommen wird, dass sich die Zielobjekte bzw. Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs nicht bewegen. Diese Annahme kann insbesondere beim Durchführen von Parkmanövern getroffen werden. Die Dopplerverschiebung kann hier direkt aus der Eigengeschwindigkeit berechnet werden.
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Es kann jedoch optional auch vorgesehen sein, dass eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und einem in dem Umgebungsbereich befindlichen Zielobjekt bestimmt wird und das Schätzen der Dopplerverschiebung unter Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeit erfolgt. Dies verbessert die Genauigkeit der Schätzung.
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Beispielsweise kann dies so durchgeführt werden, dass die Schätzung der Dopplerverschiebung anhand von Messwerten bzw. Empfangssignalen des Ultraschallsensors aus vorherigen Messzyklen erfolgt. Ergänzend oder alternativ können auch aktuelle Messwerte eines von dem Ultraschallsensor verschiedenen Sensors berücksichtigt werden, wie beispielsweise eines Lidar-Sensors und/oder eines Radar-Sensors und/oder eines anderen Ultraschallsensors. Werden die Signale aus dem unmittelbar vorherigen Messzyklus des Ultraschallsensors berücksichtigt, so kann die Schätzung der Dopplerverschiebung besonders präzise und ohne viel Aufwand erfolgen.
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Bevorzugt wird das Sendesignal moduliert ausgesendet, sodass durch diese Modulation ein vorbestimmtes Codewort dem Sendesignal aufgeprägt wird. Auf diese Art und Weise können beispielsweise Kreuzmessungen durchgeführt werden, bei denen das Sendesignal durch einen ersten Ultraschallsensor ausgesendet und das zugehörige Empfangssignal durch einen zweiten Ultraschallsensor empfangen und in dem zweiten Ultraschallsensor demoduliert wird. Außerdem können die Sendesignale somit von anderen Störsignalen externer Störquellen unterschieden werden. Es ist auch ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Ultraschallsensoren möglich, deren Signale unterschiedlich codiert werden.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Ultraschallsensor zum Aussenden eines Sendesignals in einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs sowie eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Ultraschallsensors. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Dopplerverschiebung des Sendesignals in dem Umgebungsbereich zu schätzen, die Sendefrequenz für das Sendesignal so festzulegen, dass eine Empfangsfrequenz eines Empfangssignals, die der um die geschätzte Dopplerverschiebung verschobenen Sendefrequenz entspricht, in einem vorgegebenen Frequenzwertebereich liegt, und den Ultraschallsensor zum Aussenden des Sendesignals mit der festgelegten Sendefrequenz anzusteuern.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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3 bis 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Verfahrens.
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Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist beispielsweise ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Ultraschallsensorvorrichtung 2, welche eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 3 sowie eine elektronische Steuereinrichtung 4 beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers bzw. Steuergeräts aufweist. Die Anzahl und die Anordnung der Ultraschallsensoren 3 sind in 1 lediglich beispielhaft dargestellt und können je nach Ausführungsform variieren. Im Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 3 an einem vorderen Stoßfänger 5 angeordnet, eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 3 sind auch an einem hinteren Stoßfänger 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Hinsichtlich der Einbauart der Ultraschallsensoren 3 können zwei alternative Ausführungsformen vorgesehen sein. Zum einen können die Ultraschallsensoren 3 jeweils in einer Aussparung des jeweiligen Stoßfängers 5, 6 angeordnet sein, sodass die Membranen der jeweiligen Ultraschallsensoren 3 innerhalb der jeweiligen durchgängigen Aussparung des Stoßfängers 5, 6 angeordnet sind. Zum anderen kann jedoch auch ein verdeckter Einbau der Ultraschallsensoren 3 hinter dem jeweiligen Stoßfänger 5, 6 vorgesehen sein. Hier sind die Membranen der Ultraschallsensoren 3 an der Rückseite des jeweiligen Stoßfängers 5, 6 anliegend angeordnet und senden die Ultraschallsignale durch das Material des Stoßfängers 5, 6 hindurch aus.
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Die Ultraschallsensoren 3 sind jeweils zum Erfassen von Abständen zu in einem Umgebungsbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 befindlichen Zielobjekten 8 bzw. Hindernissen ausgebildet. Die jeweils gemessenen Abstandswerte werden von den Ultraschallsensoren 3 an die zentrale Steuereinrichtung 4 übermittelt, welche die Messwerte der Ultraschallsensoren 3 verarbeitet. In dem Kraftfahrzeug 1 können mehrere Fahrerassistenzsysteme vorgesehen sein, welche zum Bereitstellen unterschiedlicher Funktionalitäten in dem Kraftfahrzeug 1 ausgebildet sind, und zwar anhand der gemessenen Abstände der Ultraschallsensoren 3. Als Fahrerassistenzsysteme können beispielsweise folgende Systeme vorgesehen sein: ein Parkhilfesystem, bei welchem die gemessenen Abstände akustisch und/oder optisch ausgegeben werden, ein automatisches Parkassistenzsystem zum automatischen Berechnen einer Parkbahn und zum automatischen Einparken, ein automatisches Bremsassistenzsystem, welches zum autonomen Bremsen des Kraftfahrzeugs 1 aufgrund einer anhand der Messwerte der Ultraschallsensoren 3 detektierten Kollisionsgefahr dient, ein System zur Totwinkelüberwachung, ein System zur Abstandshaltung, ein Kollisionserkennungssystem und dergleichen.
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Die Steuereinrichtung 4 kann zu jedem Ultraschallsensor 3 separat die Sendefrequenz des jeweiligen Sendesignals festlegen und den Ultraschallsensor 3 zum Aussenden des Sendesignals mit der zuvor festgelegten Sendefrequenz ansteuern.
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Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 2 näher erläutert. Das Verfahren startet in einem Schritt S1 und geht zu einem weiteren Schritt S2 über, in welchem ein neuer Messzyklus des Ultraschallsensors 3 eingeleitet wird. In einem weiteren Schritt S3 wird eine Dopplerverschiebung fD geschätzt, welche das Sendesignal in dem Umgebungsbereich 7 voraussichtlich erfahren wird. Mit anderen Worten wird abgeschätzt, wie stark sich die Frequenz des Sendesignals bei dessen Ausbreitung in dem Umgebungsbereich 7 voraussichtlich verschieben wird. Zu diesem Zwecke wird zunächst die Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 relativ zur Fahrbahn erfasst und ausgewertet. Optional kann auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 1 und Zielobjekt 8 ermittelt und bei der Schätzung der Dopplerverschiebung berücksichtigt werden. Dabei können beispielsweise die Signale der Ultraschallsensoren 3 aus vorherigen Messzyklen und/oder Signale anderer Sensoren berücksichtigt werden.
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In einem weiteren Schritt S4 wird die Sendefrequenz fS für das auszusendende Sendesignal so festgelegt, dass eine Empfangsfrequenz eines Empfangssignals, die der um die geschätzte Dopplerverschiebung fD verschobenen Sendefrequenz fS entspricht, einer Basissendefrequenz fB entspricht. Beim Festlegen der Sendefrequenz fS wird also die abgelegte und vorgegebene Basissendefrequenz fB um die ermittelte Dopplerverschiebung fD auf die Sendefrequenz fS verschoben. In einem weiteren Schritt S5 wird das Sendesignal mit der bereits festgelegten Sendefrequenz fS ausgesendet. In einem weiteren Schritt S6 wird das zugehörige Empfangssignal durch denselben Ultraschallsensor 3 und/oder durch einen anderen Ultraschallsensor 3 empfangen. Die Schritte S1 bis S6 werden dann wiederholt.
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Beim Aussenden des Sendesignals kann optional auch eine Modulation vorgenommen werden. Es kann sich hier beispielsweise um eine Phasenmodulation und/oder eine Amplitudenmodulation und/oder eine Frequenzmodulation handeln. Wird eine Frequenzmodulation vorgenommen, so kann es sich bei der oben genannten Sendefrequenz fS um die mittlere Frequenz des Sendesignals handeln. Durch die vorgenommene Modulation wird dem Sendesignal ein vorbestimmtes Codewort aufgeprägt, um zu ermöglichen, dass das Sendesignal von anderen Signalen unterschieden werden kann. Beim Empfangen des Empfangssignals gemäß Schritt S6 wird dann eine entsprechende Demodulation des Empfangssignals durchgeführt. Dies kann vorliegend ohne viel Aufwand vorgenommen werden, da die Empfangsfrequenz der Basissendefrequenz fB entspricht bzw. in einem Toleranzbereich um diesen Wert liegt.
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Das Verfahren kann auch anhand der 3 bis 5 veranschaulicht werden: 3 zeigt dabei ein Szenario mit dem Kraftfahrzeug 1 und dem Zielobjekt 8 ohne eine Relativbewegung und ohne die erfindungsgemäße Anpassung der Sendefrequenz fS, d. h. gemäß dem Stand der Technik. Das Sendesignal wird hier mit der Sendefrequenz fS = fB = A ausgesendet. Da keine Relativbewegung vorliegt, ist auch die Empfangsfrequenz fE gleich der Sendefrequenz fS und somit gleich A. 4 zeigt ein Szenario mit einer Relativbewegung zwischen Kraftfahrzeug 1 und Zielobjekt 8 gemäß dem Stand der Technik. Auch hier wird eine Sendefrequenz fS gewählt, die gleich der Basissendefrequenz fB ist. Aufgrund der Relativgeschwindigkeit verschiebt sich nun die Empfangsfrequenz fE, sodass gilt: fE = B. Hingegen ist das erfindungsgemäße Verfahren in 5 veranschaulicht. Hier wird die Basissendefrequenz fB um die geschätzte Dopplerverschiebung fD verschoben, sodass: fS = fB + fD = C. Die Empfangsfrequenz fE beträgt dann A und entspricht somit der Basissendefrequenz fB.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011109915 A1 [0003]