DE102016226004A1

DE102016226004A1 - Method and device for determining the temperature by means of sound waves

Info

Publication number: DE102016226004A1
Application number: DE102016226004.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Haug; Steffen Johannes Zahn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Temperatur der Umgebung, das folgende Schritte umfasst: Zuerst erfolgt ein Ermitteln einer Schallgeschwindigkeit aus wenigstens einem eine Schallwelle (10) charakterisierenden Merkmal. Im Anschluss erfolgt ein Bestimmen der Temperatur der Umgebung aus der Schallgeschwindigkeit mittels eines den Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit und Temperatur der Umgebung charakterisierenden Modells.The invention relates to a method for determining the temperature of the environment, comprising the following steps: First, a determination of a speed of sound from at least one characteristic of a sound wave (10) characterizes. This is followed by determining the temperature of the environment from the speed of sound by means of a model characterizing the relationship between the speed of sound and the temperature of the environment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur der Umgebung durch Ermittlung einer Schallgeschwindigkeit von Schallwellen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer physikalischen Größe der Schallwellen durch das Verfahren. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The present invention relates to a method for determining the temperature of the environment by determining a sound velocity of sound waves. Furthermore, the invention relates to a device for determining at least one physical quantity of the sound waves by the method. Furthermore, the invention relates to a computer program which executes each step of the method when it runs on a computing device, as well as a machine-readable storage medium which stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Heutzutage kommt in Fahrzeugen, Robotern und ähnlichem eine Vielzahl von Messsystemen auf Basis von Schall, insbesondere von Ultraschall, zum Einsatz. Zu diesen auf Ultraschall basierenden Messsystemen gehören unter anderem Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen, Systeme zur Hinderniserkennung und Navigation bei Robotern sowie Messsysteme und Sicherheitstechniksysteme, beispielsweise zur Abstandsmessung und zur Überwachung. Um eine einwandfreie Arbeitsweise dieser Messsysteme zu ermöglichen, ist eine genaue Kenntnis der korrekten Schallgeschwindigkeit für das umgebende Medium notwendig. Die Schallgeschwindigkeit ist von verschiedenen Größen abhängig, am Beispiel von Luft als umgebendes Medium hauptsächlich von der Temperatur. Formel 1 repräsentiert eine gute Näherung der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit für einen Temperaturbereich zwischen -20°C und 40°C: $c (T) = (331,5 + 0,6 T / [° C]) [m/s]$

Today, in vehicles, robots and the like, a variety of measuring systems based on sound, in particular of ultrasound, is used. These ultrasound-based measuring systems include, among others, driver assistance systems in vehicles, systems for obstacle detection and navigation in robots, as well as measuring systems and safety technology systems, for example for distance measurement and monitoring. In order to allow a perfect operation of these measuring systems, an exact knowledge of the correct speed of sound for the surrounding medium is necessary. The speed of sound is dependent on different quantities, using the example of air as ambient medium mainly of the temperature. Formula 1 represents a good approximation of the temperature-dependent sound velocity for a temperature range between -20 ° C and 40 ° C:

c (T) = (331.5 + 0.6 T / [° C]) [m / s]

Dabei ist c(T) die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit, die bei einer Temperatur von 0°C bei 331,5 m/s liegt, und T die Temperatur, die in °C angegeben ist. Im Bereich zwischen 0°C und 40°C resultiert daraus eine Abweichung von bis zu 10%, der bei den vorstehend erwähnten Systemen als Fehler einfließt.Here, c (T) is the temperature-dependent sound velocity, which is 331.5 m / s at a temperature of 0 ° C, and T is the temperature, which is given in ° C. In the range between 0 ° C and 40 ° C, this results in a deviation of up to 10%, which is included as an error in the systems mentioned above.

Im Falle eines Messsystems, das den Abstand zu einem Hindernis über Ultraschall misst, wird ein Ultraschallsignal ausgegeben und, nachdem es vom Hindernis reflektiert wurde wieder aufgenommen. Der Abstand wird dann als Produkt aus einer (aufgrund von Hin- und Rückweg) halbierten gemessenen Zeit und der Schallgeschwindigkeit berechnet. Die Abweichung der Schallgeschwindigkeit von bis zu 10% spiegelt sich direkt als Fehler von bis zu 10% im Abstand wider.In the case of a measuring system that measures the distance to an obstacle via ultrasound, an ultrasound signal is output and, after it has been reflected by the obstacle, resumed. The distance is then calculated as the product of a half time measured (due to round trip) and the speed of sound. The deviation of the speed of sound of up to 10% is directly reflected as an error of up to 10% in the distance.

Darüber hinaus hat die Feuchtigkeit der Umgebung ebenfalls Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit, wobei die dadurch entstehenden Abweichungen bei bis zu ca. 1% liegen.In addition, the humidity of the environment also has an influence on the speed of sound, whereby the resulting deviations are up to about 1%.

Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Kompensation der Umgebungstemperatur bei der Ermittlung der Schallgeschwindigkeit bekannt. Typischerweise wird ein Temperatursensor, in seltenen Fällen in Kombination mit einem Feuchtigkeitssensor, verwendet, um die Temperatur und gegebenenfalls die Feuchtigkeit der Umgebung zu messen und diese dann in die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit einfließen zu lassen. Solche Temperatursensoren sind jedoch anfällig gegenüber Umwelteinflüssen und reagieren bei schnell eintretenden Temperaturunterschieden, die beispielsweise auftreten, wenn ein Fahrzeug aus einer warmen Umgebung, wie z.B. einem Warenlager, abrupt in eine kalte Umgebung, wie z.B. in einen Außenbereich, fährt, nur langsam. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Abstandssensoren ist eine genaue und schnelle Ermittlung, vorzugsweise in weniger als 100 ms, des Temperatureinflusses auf die Schallgeschwindigkeit zur präzisen Abstandsmessung wichtig.Devices and methods for compensating the ambient temperature in the determination of the speed of sound are already known. Typically, a temperature sensor, in rare cases in combination with a humidity sensor, is used to measure the temperature and, if necessary, the humidity of the environment and then incorporate them into the determination of the speed of sound. However, such temperature sensors are susceptible to environmental influences and respond to rapid temperature differences that occur, for example, when a vehicle is being driven out of a warm environment such as a car. a warehouse, abruptly into a cold environment, e.g. in an outdoor area, drives, only slowly. Especially with safety-related distance sensors, an accurate and rapid determination, preferably in less than 100 ms, of the temperature influence on the speed of sound for precise distance measurement is important.

Aus der DE 41 20 397 ist es bekannt, die Schallgeschwindigkeit durch eine Laufzeitmessung eines Ultraschallsignals über eine vorgegebene Referenzstrecke zu ermitteln. Diese Referenzstrecke wird von zwei nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren gebildet. Hierbei muss allerdings die Referenzstrecke exakt bekannt sein, beispielsweise mit Hilfe einer Kalibrierung. Um Fehler zu minimieren, wird die Referenzstrecke möglichst groß gewählt, vorzugsweise mind. ca. 10% des zu messenden Abstands. Außerdem erfolgt eine Synchronisation zwischen den beiden Ultraschallsensoren, um die Laufzeit korrekt zu ermitteln.From the DE 41 20 397 It is known to determine the speed of sound by a transit time measurement of an ultrasonic signal over a predetermined reference distance. This reference path is formed by two ultrasound sensors arranged next to one another. In this case, however, the reference path must be known exactly, for example by means of a calibration. In order to minimize errors, the reference distance is chosen as large as possible, preferably at least approximately 10% of the distance to be measured. In addition, a synchronization between the two ultrasonic sensors, in order to determine the transit time correctly.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur der Umgebung durch Ermitteln einer Schallgeschwindigkeit von Schallwellen - bevorzugt Ultraschall vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zu Beginn wird die Schallgeschwindigkeit aus wenigstens einem eine Schallwelle charakterisierenden Merkmal ermittelt. Vorzugsweise sind solche charakteristischen Merkmale die Schallfrequenz und die Wellenlänge der Schallwelle. Anschließend wird aus dieser ermittelten Schallgeschwindigkeit die Temperatur der Umgebung bestimmt. Dabei wird ein Modell verwendet, das einen Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Temperatur der Umgebung charakterisiert.A method is proposed for determining the temperature of the environment by determining a speed of sound of sound waves, preferably ultrasound. The method comprises the following steps: At the beginning, the speed of sound is determined from at least one characteristic characterizing a sound wave. Preferably, such characteristic features are the sound frequency and the wavelength of the sound wave. Subsequently, the temperature of the environment is determined from this determined sound velocity. It uses a model that characterizes a relationship between the speed of sound and the temperature of the environment.

Ein solches Modell kann beispielsweise in Form einer Funktion vorliegen. Zudem kann sich das Modell nur auf einen relevanten Bereich der Temperatur und/oder der Schallgeschwindigkeit beschränken. Vorzugsweise kann der Temperatureinfluss einer solchen Funktion linear sein. Eine solche Funktion ist beispielsweise für einen Temperaturbereich zwischen -20°C und 40°C durch Formel 1 gegeben: $c (T) = (331,5 + 0,6 T / [° C]) [m/s]$

c(T) ist die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit, die bei einer Temperatur von 0°C bei 331,5 m/s liegt, und T die Temperatur, die in °C angegeben ist.Such a model may be in the form of a function, for example. In addition, the model can only be limited to a relevant range of the temperature and / or the speed of sound. Preferably, the temperature influence of such a function can be linear. Such a function is given for example for a temperature range between -20 ° C and 40 ° C by formula 1:

c (T) = (331.5 + 0.6 T / [° C]) [m / s]

c (T) is the temperature-dependent sound velocity, which is 331.5 m / s at a temperature of 0 ° C, and T is the temperature, which is given in ° C.

Alternativ kann ein solches Modell aus einer Tabelle ausgelesen werden, die den Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit und Temperatur darstellt. Die Tabelle kann dabei aus einer Funktion oder empirisch vorzugsweise für den relevanten Temperaturbereich ermittelt werden.Alternatively, such a model can be read from a table representing the relationship between sound velocity and temperature. The table can be determined from a function or empirically preferably for the relevant temperature range.

Die Schallgeschwindigkeit kann in vorteilhafter Weise wie folgt ermittelt werden: Schallwellen, die von einer Schallquelle aus einer festgelegten Richtung ausgesendet werden, treffen unter schrägem Einfall in einem festgelegten Winkel auf wenigstens zwei in einem Abstand nebeneinander angeordnete Sensoren. Diese Sensoren können die Schallwellen aufnehmen und das wenigstens eine charakteristische Merkmal der Schallwelle erfassen. Vorzugsweise ist dieses charakteristische Merkmal eine Schallfrequenz und eine Phasendifferenz zwischen mehreren Schallwellen bzw. eine daraus ermittelbare Wellenlänge der Schallwellen.The speed of sound can advantageously be determined as follows: Sound waves which are emitted by a sound source from a defined direction meet at oblique incidence at a fixed angle to at least two sensors arranged at a distance next to one another. These sensors can pick up the sound waves and detect the at least one characteristic of the sound wave. This characteristic feature is preferably a sound frequency and a phase difference between a plurality of sound waves or a wavelength of the sound waves that can be determined from them.

Hierfür werden vorzugsweise die folgenden Schritte ausgeführt: Zuerst wird eine erwartete Schallfrequenz der Schallwellen ermittelt. Daneben wird eine Phasenverschiebung der durch die beiden Sensoren erfassten Signale der Schallwellen ermittelt. Bevorzugt wird dafür die Phase von den beiden Sensoren aufgenommen, die unterscheidbar sein soll, und daraus die Phasenverschiebung ermittelt. Aus der Phasenverschiebung und dem bekannten festgelegten Winkel, aus dem die Schallwellen auf die Sensoren treffen, kann eine erwartete Wellenlänge ermittelt werden. Mittels der erwarteten Schallfrequenz und der erwarteten Wellenlänge kann gemäß Formel 2 die zu erwartende Schallgeschwindigkeit berechnet werden. $c_{est} = λ_{est} \cdot f_{est}$

For this purpose, the following steps are preferably carried out: First, an expected sound frequency of the sound waves is determined. In addition, a phase shift of the signals detected by the two sensors of the sound waves is determined. For this purpose, the phase is preferably recorded by the two sensors, which is to be distinguishable, and determines therefrom the phase shift. From the phase shift and the known fixed angle from which the sound waves strike the sensors, an expected wavelength can be determined. Using the expected sound frequency and the expected wavelength, the expected speed of sound can be calculated according to formula 2.

c_{est} = λ_{est} \cdot f_{est}

Hierbei bezeichnet λ_est die erwartete Wellenlänge und f_est die erwartete Schallfrequenz. c_est bezeichnet die erwartete Schallgeschwindigkeit und gibt die tatsächliche Schallgeschwindigkeit für die aktuellen Umfeldbedingungen und ein umgebendes Medium an.Here, λ _est denotes the expected wavelength and f _est the expected sound frequency. c _est denotes the expected speed of sound and indicates the actual speed of sound for the current ambient conditions and a surrounding medium.

In dieser Weise erfolgt das Ermitteln der erwarteten Schallgeschwindigkeit direkt und es werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren lediglich eine minimale Verzögerung von unter 10 ms zu erwarten, bis sich die erwartete Schallgeschwindigkeit auf die veränderten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen einstellt. Externe Temperatursensoren reagieren im Allgemeinen deutlich träger, typischerweise im zweistelligen Sekundenbereich; externe Feuchtigkeitssensoren sogar im Minutenbereich. Auf Ultraschall basierende Sicherheitssensoren müssen jedoch oftmals innerhalb von weniger als 100 ms korrekt reagieren.In this way, the expected speed of sound is determined directly and no additional sensors are needed. Moreover, with this method only a minimum delay of less than 10 ms is to be expected until the expected speed of sound is adjusted to the changed temperature and humidity conditions. External temperature sensors generally respond much more sluggishly, typically in the tens of seconds range; external humidity sensors even in the minute range. However, ultrasonic based safety sensors often have to respond correctly within less than 100 ms.

Optional kann die ermittelte Temperatur der Umgebung mit einer Referenz-Temperatur verglichen werden. Die Referenz-Temperatur kann bevorzugt durch einen zusätzlichen Temperatursensor für die Umgebung ermittelt werden. Besonders bevorzugt wird ein bereits im System vorhandener Temperatursensor zur Ermittlung der Referenz-Temperatur verwendet. Es können auch in der Umgebung angeordnete Temperatursensoren zur Ermittlung der Referenz-Temperatur verwendet werden. Alternativ kann die Referenz-Temperatur über Wetterdaten für die Umgebung, die durch eine Internetverbindung übertragen werden, abgerufen werden. Aus dem Vergleich der erwarteten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur kann auf die Luftfeuchtigkeit geschlossen werden. Die Luftfeuchtigkeit kann somit innerhalb von Sekunden ermittelt werden, sodass sehr schnell auf bestimmte Situationen, wie z.B. Nebel, reagiert werden kann.Optionally, the determined temperature of the environment can be compared with a reference temperature. The reference temperature can preferably be determined by an additional temperature sensor for the environment. Particularly preferred is a temperature sensor already present in the system Determination of the reference temperature used. It is also possible to use temperature sensors arranged in the surroundings for determining the reference temperature. Alternatively, the reference temperature may be retrieved via weather data for the environment transmitted through an internet connection. From the comparison of the expected temperature and the actual temperature can be concluded on the humidity. The humidity can thus be determined within seconds, so that very quickly to certain situations, such as fog, can be reacted.

Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Ermittlung physikalischer Größen mittels Schallwellen durch ein vorstehend beschriebenes Verfahren vorgeschlagen, wobei die Schallgeschwindigkeit eine der physikalischen Größe ist. Die Vorrichtung umfasst wenigstens zwei in einem Abstand nebeneinander angeordnete Sensoren, die in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die beiden Sensoren sind beispielsweise als (MEMS-)Mikrofone oder als Alutöpfe mit Piezoelektronik, die häufig schon in Fahrzeugen verbaut sind, ausgebildet und erweisen sich als empfindlich für die verwendeten Schallwellen. Die Schallwellen treffen unter schrägem Einfall in einem festgelegten Winkel auf die wenigstens zwei Sensoren auf, wobei der festgelegte Winkel bekannt ist. Aus den schräg, im festgelegten Winkel auf die Sensoren auftreffenden Schallwellen werden charakteristische Merkmale der Schallwellen durch die Sensoren erfasst und vorteilhaft an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung, bevorzugt als Teil des elektronischen Steuergeräts, die eingerichtet ist, aus dem wenigstens einen charakteristischen Merkmal auf die wenigstens eine physikalische Größe zu schließen und damit aus der ermittelten Schallgeschwindigkeit auf den Temperatureinfluss zu schließen.In addition, a device for determining physical quantities by means of sound waves is proposed by a method described above, wherein the speed of sound is one of the physical quantity. The device comprises at least two spaced-apart sensors, which lie in a common plane. The two sensors are designed, for example, as (MEMS) microphones or as aluminum heads with piezoelectronics, which are often already installed in vehicles, and are found to be sensitive to the sound waves used. The sound waves strike the at least two sensors at an angle determined by oblique incidence, the fixed angle being known. Characteristic features of the sound waves are detected by the sensors and advantageously forwarded to an electronic control unit from the sound waves impinging obliquely on the sensors at the predetermined angle. The device further comprises a control device, preferably as part of the electronic control device, which is set up to close the at least one characteristic feature on the at least one physical variable and thus to deduce the temperature influence from the ascertained sound velocity.

Für die Ermittlung der physikalischen Größen muss der festgelegte Winkel, mit dem die Schallwellen auf die Sensoren treffen, und folglich eine Richtung, aus der die Schallwellen ausgesendet werden, möglichst genau bekannt sein. Dies wird erreicht, indem die Vorrichtung eine Schallquelle umfasst, welche die Schallwellen aussendet und diese Schallquelle in festgelegter Richtung zu den Sensoren angeordnet ist, sodass die von der Schallquelle ausgesendeten Schallwellen im festgelegten Winkel auf die Sensoren treffen. Durch diese feste Anordnung der Schallquelle und der Sensoren wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass der festgelegte Winkel, mit dem die Schallwellen auf die Sensoren treffen, hinreichend bekannt ist. Die Schallquelle kann eine bereits vorhandene Schallquelle, wie z.B. eine im Fahrzeug oder im Roboter bereits zur Abstandsmessung verwendete Schallquelle, sein. Dabei muss jedoch dafür Sorge getragen werden, dass deren Richtung zu den Sensoren bekannt ist, beispielsweise indem deren Positionen vermessen werden.To determine the physical quantities, the fixed angle at which the sound waves hit the sensors and consequently a direction from which the sound waves are emitted must be known as precisely as possible. This is achieved by the device comprising a sound source which emits the sound waves and this sound source is arranged in a fixed direction to the sensors, so that the sound waves emitted by the sound source hit the sensors at a fixed angle. By this fixed arrangement of the sound source and the sensors is achieved in an advantageous manner that the predetermined angle at which the sound waves hit the sensors, is well known. The sound source can be an existing sound source, such as a sound source. a sound source already used for distance measurement in the vehicle or in the robot. However, care must be taken that their direction to the sensors is known, for example by measuring their positions.

Optional kann ein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen sein. Durch diesen wird das vorstehend beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit ermöglicht.Optionally, an additional temperature sensor may be provided. This allows the above-described method for determining the humidity.

Die Vorrichtung kann sehr kompakt ausgestaltet sein, da keine Mindestlänge für eine etwaige Referenzstrecke benötigt wird. Der Abstand zwischen den Sensoren kann beliebig klein bis zu einer Auflösungsgrenze gewählt werden. Andererseits soll die Entfernung zwischen Schallquelle und Sensoren möglichst groß sein, in einer Größenordnung von 10- bis 100-mal dem Abstand zwischen den Sensoren, sodass die beiden Sensoren im Fernfeld der Schallwellen betrachtet werden können. Demzufolge treffen die Schallwellen nahezu parallel und mit der gleichen Wellenfront auf beide Sensoren auf.The device can be made very compact, since no minimum length is required for a possible reference distance. The distance between the sensors can be chosen arbitrarily small up to a resolution limit. On the other hand, the distance between the sound source and sensors should be as large as possible, on the order of 10 to 100 times the distance between the sensors, so that the two sensors can be viewed in the far field of the sound waves. As a result, the sound waves strike both sensors nearly parallel and with the same wavefront on both sensors.

Des Weiteren ist keine Synchronisierung zwischen der Schallquelle und den Sensoren notwendig, lediglich die beiden Sensoren müssen synchronisiert werden. Vorzugsweise kann dies erreicht werden, indem die Verbindung zwischen den Sensoren und dem elektronischen Steuergerät jeweils gleich lang sind, beispielsweise indem eine parallele Schaltung zwischen den Sensoren und dem elektronischen Steuergerät auf einer gemeinsamen Platine realisiert wird.Furthermore, no synchronization between the sound source and the sensors is necessary, only the two sensors must be synchronized. Preferably, this can be achieved by the connection between the sensors and the electronic control unit are each the same length, for example by a parallel circuit between the sensors and the electronic control unit is realized on a common board.

Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass zumindest die Schallgeschwindigkeit direkt ermittelt werden kann, ohne auf Informationen von zusätzlichen Sensoren, wie beispielsweise eines Thermometers oder eines Feuchtigkeitssensors, angewiesen zu sein. Diese Sensoren sind oft störanfällig gegenüber äußeren Einflüssen und reagieren nur mit Verzögerung auf sich ändernde Größen.Moreover, the present invention offers the advantage that at least the speed of sound can be determined directly, without having to rely on information from additional sensors, such as a thermometer or a humidity sensor. These sensors are often susceptible to external influences and react only to delays to changing sizes.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on a computing device or controller. It allows the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make any structural changes. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium.

Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, das Verfahren zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit zu steuern. By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is set up to control the method for determining the speed of sound.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt ein Diagramm von zwei durch die Sensoren aufgenommenen Signalen der Schallwellen über der Zeit.
4 zeigt ein Diagramm einer Fourier-Transformation eines der aufgenommenen Signale aus 3 im Frequenzraum.

Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

1 shows a schematic structure of an embodiment of the device according to the invention.
2 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
3 shows a diagram of two recorded by the sensors signals of the sound waves over time.
4 shows a diagram of a Fourier transform of one of the recorded signals 3 in frequency space.

Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt Schallwellen 10, die im Fernfeld als erster Schalllaufweg 11 und zweiter Schalllaufweg 12 zusammen mit ihrer Wellenform 13 dargestellt sind. Die Schallwellen 10 werden von einer Schallquelle 20, die sich weit entfernt befindet, ausgesendet und treffen auf zwei Sensoren 21 und 22, die im Abstand a nebeneinander angeordnet sind. Dabei treffen die Schallwellen 10 entlang des ersten Schalllaufwegs 11 auf einen ersten Sensor 21 und simultan entlang des zweiten Schalllaufwegs 12 auf einen zweiten Sensor 22. Die Sensoren 21 und 22 sind Mikrosystem(Microelectromechanical Systems, MEMS)-Mikrofone oder Alutöpfe mit Piezoelektronik, welche die Schallwellen 10 zusammen mit Informationen über Ihre Phase erfassen. Hierbei sind die Wellenlänge λ und die Phase der Schallwellen 10 in 1 durch die Wellenform 13 dargestellt. 1 shows sound waves 10 , in the far field as the first sound path 11 and second sound path 12 along with its waveform 13 are shown. The sound waves 10 be from a sound source 20 , which is located far away, sent out and meet two sensors 21 and 22 , which are arranged at a distance a side by side. At the same time the sound waves hit 10 along the first sound path 11 on a first sensor 21 and simultaneously along the second sound path 12 on a second sensor 22 , The sensors 21 and 22 are Microsystem (Microelectromechanical Systems, MEMS) microphones or aluminum pots with piezo electronics, which control the sound waves 10 together with information about your phase. Here, the wavelength λ and the phase of the sound waves 10 in 1 through the waveform 13 shown.

Die Schallquelle 20 ist in einer festgelegten Richtung R zu den Sensoren 21 und 22 angeordnet, die weder senkrecht noch parallel zu den Sensoren 21 und 22 ist. Daraus folgt, dass die Schallwellen 10 entlang des ersten Schalllaufwegs 11 und entlang des zweiten Schalllaufwegs 12 jeweils unter schrägem Einfall in einem festgelegten Winkel α auf die jeweiligen Sensoren 21 und 22 auftreffen. Die festgelegte Richtung R und damit auch der festgelegte Winkel α sind bekannt. In diesem Ausführungsbeispiel beschreibt der erste Schalllaufweg 11 aufgrund des schrägen Einfalls einen längeren Weg als der zweite Schalllaufweg 12, der als Gangunterschied d bezeichnet wird, bevor sie auf den Sensoren 21 und 22 auftreffen. Der Zusammenhang zwischen dem Gangunterschied d, dem festgelegten Winkel α und dem Abstand der beiden Sensoren 21 und 22 zueinander wird durch die Formel 3 ausgedrückt: $d = a \cdot c o s (α)$

The sound source 20 is in a fixed direction R to the

sensors

21 and 22, which are neither perpendicular nor parallel to the

sensors

21 and 22 is. It follows that the sound waves 10 along the first sound path 11 and along the second sound path 12 each at an oblique incidence at a fixed angle α to the

respective sensors

21 and 22 incident. The specified direction R and thus the fixed angle α are known. In this embodiment, the first sound path describes 11 Due to the oblique incidence, a longer path than the second sound path 12 , which is referred to as the path difference d, before being on the

sensors

21 and 22 incident. The relationship between the path difference d, the fixed angle α and the distance between the two

sensors

21 and 22 to each other is expressed by the formula 3:

d = a \cdot c O s (α)

Da die Schallwellen 10 hierbei im Fernfeld betrachtet werden, weisen sie entlang des ersten Schalllaufwegs 11 und des zweiten Schalllaufwegs 12 die gleiche Wellenfront auf. Betrachtet man gleichzeitig die Wellenform 13, so stellt man fest, dass sich die Phase der Schallwellen 10 zwischen dem Auftreffen des zweiten Schalllaufwegs 12 auf den zweiten Sensor 22 und dem Auftreffen des ersten Schalllaufwegs 11 auf den ersten Sensor 21 verschoben hat. Diese Phasenverschiebung µ hängt mit der Wellenlänge λ und dem Gangunterschied d gemäß folgender Formel 4 zusammen: $λ=2π \cdot \frac{d}{μ}$

Because the sound waves 10 Here they are viewed in the far field, they point along the first sound path 11 and the second sound path 12 the same wavefront on. Looking at the waveform at the same time 13 , it is noted that the phase of sound waves 10 between the impact of the second sound path 12 on the second sensor 22 and the impact of the first sound path 11 on the first sensor 21 has moved. This phase shift μ is related to the wavelength λ and the path difference d according to the following formula 4:

λ = 2π \cdot \frac{d}{μ}

Ein elektronisches Steuergerät 23 ist mit den beiden Sensoren 21 und 22 in solch einer Weise verbunden, dass die Verbindung zwischen dem ersten Sensor 21 und dem elektronischen Steuergerät 23 gleich lang ist wie die Verbindung zwischen dem zweiten Sensor 22 und dem elektronischen Steuergerät 23. Dies wird realisiert, indem eine parallele und gleichartige Schaltung der Verbindungen auf einer gemeinsamen Platine ausgebildet wird. Des Weiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher Temperatursensor 24 vorgesehen, der nicht zwingend notwendig ist und in anderen Ausführungsbeispielen weggelassen werden kann.An electronic control unit 23 is with the two sensors 21 and 22 connected in such a way that the connection between the first sensor 21 and the electronic control unit 23 the same length as the connection between the second sensor 22 and the electronic control unit 23 , This is realized by making a parallel and similar circuit of the connections on a common board is trained. Furthermore, in this embodiment, an additional temperature sensor 24 provided, which is not mandatory and can be omitted in other embodiments.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der in 1 dargestellten Vorrichtung. In einem ersten Schritt erfolgt eine Ansteuerung 100 der Schallquelle 20, die daraufhin pulsförmig Schallwellen 10 entlang der festgelegten Richtung R zu den Sendern 21 und 22 hin aussendet. Die Schallwellen 10 werden durch die Sensoren 21 und 22 über einen Zeitraum t aufgenommen 101, wobei der Zeitraum t so zu wählen ist, dass der auszuwertende Schallpuls vollständig aufgenommen wird. Außerdem gilt dabei zu beachten, dass das Abtasttheorem, welches besagt, dass ein Signal mit einer im Vergleich zu der Frequenz des Signals doppelt so hohen Frequenz abgetastet werden muss, um es aus einem zeitdiskreten Signal wieder exakt rekonstruieren zu können, erfüllt ist. Typischerweise wird der Zeitraum t größer als für die Auswertung benötigt gewählt. Als nächster Schritt folgt eine Eingrenzung 102 des relevanten Signalausschnitts t_eval durch anwendungsspezifisches Wissen, wie in Verbindung mit 3 beschrieben. 2 shows a flowchart of an embodiment of the inventive method for operating the in 1 illustrated device. In a first step, an activation takes place 100 the sound source 20 , which then pulse-shaped sound waves 10 along the set direction R to the transmitters 21 and 22 sent out. The sound waves 10 be through the sensors 21 and 22 taken over a period t 101, wherein the period t is to be selected so that the sound pulse to be evaluated is completely recorded. In addition, it should be noted that the sampling theorem, which states that a signal with a twice as high frequency compared to the frequency of the signal must be sampled in order to be able to reconstruct it exactly from a discrete-time signal, is fulfilled. Typically, the time period t is chosen to be greater than needed for the evaluation. The next step is a delimitation 102 of the relevant signal segment t _eval by application-specific knowledge, as in connection with 3 described.

In 3 sind zwei Signale 31 und 32 der Schallwellen 10 in einem Diagramm ihrer Amplituden A über der Zeit t in Millisekunden dargestellt. Die Schallwellen 10 wurden in diesem Beispiel mit einer Schallfrequenz f von 48 kHz ausgesendet und treffen direkt seitlich mit einem angenommenen festgelegten Winkel α von 0°, der in der Praxis nicht umgesetzt wird, auf die Sensoren 21 und 22 auf, deren Abstand a etwa ein Viertel der Wellenlänge der Schallwellen 10 beträgt. Ein erstes Signal 31 wurde vom ersten Sensor 21 aufgenommen und entspricht dem ersten Schalllaufweg 11 der Schallwelle 10 und ein zweites Signal 32 wurde vom zweiten Sensor 22 aufgenommen und entspricht dem zweiten Schalllaufweg 12 der Schallwelle 10. Das zweite Signal 32 läuft dem ersten Signal 31 voraus, wobei die Phasendifferenz µ zwischen beiden $\frac{π}{2}$

beträgt. Um den relevanten Signalausschnitt t_eval zu erhalten, wird der Zeitraum auf eine Anfangszeit t₁, bei welcher die Signale 31 und 32 auftreten, und eine Endzeit t₂, bei welcher die Signale 31 und 32 enden, eingegrenzt 102, wobei hierfür eine Pulslänge t_b bekannt sein muss. Der relevante Signalausschnitt t_eval muss dabei nur grob, in der Größenordnung mehrerer Schwingungen, bestimmt werden. Hierfür wird ermittelt, wann die Amplitude A eines der Signale 31 oder 32 ihr Maximum erreicht hat, und dem Maximum eine Maximums-Zeit t_max zugeordnet. Nun wird die Anfangszeit t₁ festgelegt, indem die halbe Pulslänge t_b von der Maximums-Zeit t_max abgezogen wird, und es wird die Endzeit t₂ festgelegt, indem die halbe Pulslänge t_b zur Maximums-Zeit t_max hinzuaddiert wird.In 3 are two

signals

31 and 32 the sound waves 10 shown in a diagram of their amplitudes A over time t in milliseconds. The sound waves 10 were emitted in this example with a sound frequency f of 48 kHz and hit directly laterally with an assumed fixed angle α of 0 °, which is not implemented in practice, on the

sensors

21 and 22 whose distance a is about one quarter of the wavelength of the sound waves 10 is. A first signal 31 was from the first sensor 21 recorded and corresponds to the first sound path 11 the sound wave 10 and a second signal 32 was from the second sensor 22 recorded and corresponds to the second sound path 12 the sound wave 10 , The second signal 32 runs the first signal 31 ahead, the phase difference μ between the two

\frac{π}{2}

is. In order to obtain the relevant signal segment t _eval , the period is set to an initial time t ₁ at which the

signals

31 and 32 occur, and an end time t ₂ at which the

signals

31 and 32 102, wherein a pulse length t _b must be known for this purpose. The relevant signal segment t _eval only has to be determined roughly, on the order of several oscillations. For this purpose, it is determined when the amplitude A of one of the

signals

31 or 32 has reached its maximum, and the maximum associated with a maximum time t _max . Now, the initial time t _{1 is} set by subtracting half the pulse length t _b from the maximum time t _max , and setting the end time t ₂ by adding half the pulse length t _b at the maximum time t _max .

Optional werden die Anfangszeit t₁ und die Endzeit t₂ über eine Laufzeit t_tof zwischen der Schallquelle 20 und den Sensoren 21 und 22 ermittelt. Hierfür wird zur Startzeit, bei der die Schallquelle 20 die Schallwellen 10 aussendet, die Laufzeit t_tof hinzuaddiert und dann entsprechend die halbe Pulslänge t_b abgezogen oder hinzuaddiert.Optionally, the start time t ₁ and the end time t _{2 are} a running time t _tof between the sound source 20 and the sensors 21 and 22 determined. For this, the start time, at which the sound source 20 the sound waves 10 emits, added the term t _tof and then deducted or added half the pulse length t _b accordingly.

Alternativ kann t_eval auch ohne Vorkenntnisse bestimmt werden, indem Signalausschnitt t_eval so gewählt wird, dass eine Signalenergie eines der Signale 31 oder 32 über einem festlegbaren Schwellwert liegt.Alternatively, t _{eval can} also be determined without prior knowledge by selecting signal segment t _eval such that a signal energy of one of the signals 31 or 32 is above a definable threshold value.

In einem darauffolgenden Schritt des Ablaufdiagramms in 2, wird eine Ermittlung 103 der erwarteten Schallfrequenz f_est durchgeführt. Im Falle eines schmalbandigen Signalpulses wird die erwartete Schallfrequenz f_est direkt als Frequenz f_b des Signalpulses festgesetzt. Andernfalls wird die erwartete Schallfrequenz f_est innerhalb des relevanten Signalausschnitts ermittelt 103, indem die Signale 31 und 32 durch eine Fourier-Transformation in den Frequenzraum überführt werden und dort deren Amplitudenspektrum |s(f)| ausgewertet wird. Dies ist in 4 dargestellt, die ein Diagramm der Fourier-Transformation eines der Signale 31 oder 32 der Schallwellen 10 zeigt, wobei in dem Diagramm das Amplitudenspektrum |s(f)| über der Schallfrequenz f in Kilohertz dargestellt ist. Da die Schallfrequenz f für alle Schalllaufwege 11 oder 12 identisch ist, entsprechen sich auch die Fourier-Transformationen der beiden Signale 31 und 32. Die erwartete Schallfrequenz f_est wird in diesem Fall als Maximum des Amplitudenspektrums |s(f)| festgelegt. Wie eingangs beschrieben liegt die erwartete Schallfrequenz f_est für dieses Beispiel bei 48 kHz.In a subsequent step of the flowchart in FIG 2 , becomes an investigation 103 the expected sound frequency f _est performed. In the case of a narrow-band signal pulse, the expected sound frequency f _{est is set} directly as the frequency f _{b of} the signal pulse. Otherwise, the expected sound frequency f _est within the relevant signal excerpt 103 is determined by the signals 31 and 32 be converted by a Fourier transform into the frequency space and there whose amplitude spectrum | s (f) | is evaluated. This is in 4 shown a diagram of the Fourier transform of one of the signals 31 or 32 the sound waves 10 shows, where in the diagram the amplitude spectrum | s (f) | above the sound frequency f in kilohertz. Because the sound frequency f for all sound paths 11 or 12 is identical, the Fourier transforms of the two signals are also identical 31 and 32 , The expected sound frequency f _est is in this case the maximum of the amplitude spectrum | s (f) | established. As described above, the expected sound frequency f _est for this example is 48 kHz.

Es folgt eine Ermittlung 104 der Phasenverschiebung µ mittels Auswertung der Fourier-Transformation der beiden Signale 31 und 32 bei der erwarteten Schallfrequenz f_est. Dabei wird das Amplitudenspektrum |s(f)| als komplexwertig betrachtet, woraufhin die Phasenverschiebung µ zwischen den beiden Signalen 31 und 32 aus Formel 4 berechnet wird: $μ= a n g l e (s_{1} (f_{est}) \cdot s_{2} (f_{est}) °)$

An investigation follows 104 the phase shift μ by means of evaluation of the Fourier transform of the two

signals

31 and 32 at the expected sound frequency f _est . The amplitude spectrum | s (f) | as complex valued, whereupon the phase shift μ between the two

signals

31 and 32 from formula 4 is calculated:

μ = a n G l e (s_{1} (f_{est}) \cdot s_{2} (f_{est}) °)

Hierbei ist s₁(f_est) die komplexwertige Amplitude des ersten Signals 31 bei der erwarteten Schallfrequenz f_est und s₂(f_est)° der hermitesche Wert der komplexwertigen Amplitude des zweiten Signals 32 bei der erwarteten Schallfrequenz f_est, wobei beide multipliziert werden und der Winkel der resultierenden komplexen Zahl zur Phasenverschiebung µ berechnet wird. Here, s ₁ (f _est ) is the complex-valued amplitude of the first signal 31 at the expected sound frequency f _est and s ₂ (f _est ) °, the Hermitian value of the complex-valued amplitude of the second signal 32 at the expected sound frequency f _est , where both are multiplied and the angle of the resulting complex number to the phase shift μ is calculated.

Alternativ kann die Phasenverschiebung µ durch andere Verfahren, wie beispielsweise einem Vergleich der Nulldurchgänge, Maxima und/oder Minima der Signale 31 und 32, ermittelt 104 werden.Alternatively, the phase shift μ by other methods, such as a comparison of the zero crossings, maxima and / or minima of the signals 31 and 32 , to be determined 104.

Nachdem die Phasenverschiebung µ ermittelt 104 wurde, erfolgt eine Ermittlung 105 der erwarteten Wellenlänge λ_est gemäß Formel 6, die eine Kombination aus Formel 3 und Formel 4 ist: $λ_{est} = 2 π \cdot \frac{a \cdot c o s (α)}{μ}$

After the phase shift μ has been determined 104, there is a determination 105 of the expected wavelength λ _est according to formula 6, which is a combination of formula 3 and formula 4:

λ_{est} = 2 π \cdot \frac{a \cdot c O s (α)}{μ}

Die erwarteten Wellenlänge λ_est wird aus der Phasenverschiebung µ, dem Abstand a der beiden Sensoren 21 und 22 und dem festgelegten Winkel α aus dem die Schallwellen 10 auf die beiden Sensoren 21 und 22 auftreffen ermittelt 105, wobei die beiden letztgenannten Parameter Abstand a und festgelegter Winkel α durch die Vorrichtung vorgegeben sind.The expected wavelength λ _est is the phase shift μ, the distance a of the two sensors 21 and 22 and the set angle α from which the sound waves 10 on the two sensors 21 and 22 105 determined, the two latter parameters distance a and the predetermined angle α are predetermined by the device.

Bei der Ermittlung 105 der erwarteten Wellenlänge λ_est werden zusätzliche Randbedingungen getroffen. Die Phasenverschiebung µ darf nicht null werden, was auch aus Formel 6 ersichtlich ist, da andernfalls eine Division durch null erfolgen würde. Dies wäre beispielsweise für einen senkrechten Einfall der Schallwellen 10 bei einem festgelegten Winkel von 90° auf die Sensoren 21 und 22 oder bei ungünstigen periodischen Überlagerungen der beiden Signale 31 und 32 der Fall.In the investigation 105 the expected wavelength λ _est additional boundary conditions are met. The phase shift μ must not become zero, which can also be seen from formula 6, since otherwise a division would take place by zero. This would be, for example, for a vertical incidence of the sound waves 10 at a fixed angle of 90 ° to the sensors 21 and 22 or with unfavorable periodic superpositions of the two signals 31 and 32 the case.

Die Schritte 103, 104 und 105 stellen die mathematische korrekte Formulierung für den exakt bestimmten Fall dar. In der Praxis und aus Robustheitsgründen wird man häufig ein überbestimmtes System mit mehr als zwei Sensoren 21 und 22 verwenden. Hierbei nutzt man häufig ein korrelationsbasiertes Verfahren (z. B. Varianten von Beamforming) welches die Schritte 103, 104 und 105 in einem integrierten Schritt durchführt und gleichzeitig sowohl die erwartete Frequenz f_est als auch die erwartete Wellenlänge λ_est ermittelt. In einer möglichen Ausführungsform werden dazu die gemessenen Signale 31 und 32 der Sensoren 21 und 22 in einen ersten Spalten-Vektor S überführt, wobei jeder Eintrag einem Kanal und einem Zeitpunkt entspricht. Ferner wird ein zweiter Spalten-Vektor M(f_est, λ_est.) für jede mögliche Kombination der Frequenz und Wellenlänge gebildet, der in jedem Eintrag die zu erwartende Phasenverschiebung µ in Abhängigkeit von der Frequenz f, der erwarteten Wellenlänge λ, des Kanals und der Zeit in komplexer Notation zu dem zugehörigen Eintrag aus dem ersten Spalten-Vektor S enthält. Die Korrelation erfolgt gemäß Formel 7 durch komplexe Multiplikation des ersten Spalten-Vektors S und des hermiteschen zweiten Spalten-Vektors M(f, λ). Anschließend wird der zweite Spalten-Vektor M(f_est, λ_est.) mit dem höchsten Korrelationsergebnis ermittelt, welcher dann gleichzeitig die erwartete Frequenz f_est als auch die erwartete Wellenlänge λ_est liefert. $S \cdot M (λ) ° = (\begin{array}{l} s_{1} (f_{1}) \\ s_{2} (f_{2}) \\ ⋮ \end{array}) \cdot (\begin{array}{l} e x p (i μ_{1}) \\ e x p (i μ_{2}) \\ ⋮ \end{array})$

The steps 103 . 104 and 105 represent the mathematical correct formulation for the exactly determined case. In practice and for reasons of robustness one often becomes an over-determined system with more than two sensors 21 and use 22. Frequently, a correlation-based method (eg variants of beamforming) is used, which includes the steps 103 . 104 and 105 in an integrated step and simultaneously determines both the expected frequency f _est and the expected wavelength λ _est . In one possible embodiment, these are the measured signals 31 and 32 the

sensors

21 and 22 in a first column vector S transferred, each entry corresponds to a channel and a time. Furthermore, a second column vector M (f _est , λ _est .) Is formed for each possible combination of frequency and wavelength, the expected phase shift μ in each entry depending on the frequency f, the expected wavelength λ, the channel and the time in complex notation to the corresponding entry from the first column vector S contains. The correlation is effected according to formula 7 by complex multiplication of the first column vector S and the Hermitian second column vector M (f, λ). Subsequently, the second column vector M (f _est , λ _est .) With the highest correlation result is determined, which then simultaneously delivers the expected frequency f _est and the expected wavelength λ _est .

S \cdot M (λ) ° = (\begin{array}{l} s_{1} (f_{1}) \\ s_{2} (f_{2}) \\ ⋮ \end{array}) \cdot (\begin{array}{l} e x p (i μ_{1}) \\ e x p (i μ_{2}) \\ ⋮ \end{array})

Ist sowohl die erwartete Frequenz f_est als auch die erwartete Wellenlänge λ_est bestimmt, wird die erwartete Schallgeschwindigkeit c_est gemäß eingangs aufgeführter Formel 2 aus der erwarteten Wellenlänge λ_est und der erwarteten Schallfrequenz f_est berechnet 108: $c_{est} = λ_{est} \cdot f_{est}$

If both the estimated frequency f _est and the expected wavelength λ determined _est, the expected velocity of sound is c _est in accordance with the initially listed Formula 2 from the expected wavelength λ _est and the expected sound frequency f _est is calculated 108:

c_{est} = λ_{est} \cdot f_{est}

Schließlich wird ein Bestimmen109 einer erwarteten Temperatur T_est durchgeführt, indem aus der ermittelten Schallgeschwindigkeit c_est auf die erwartete Temperatur T_est geschlossen wird. Zu diesem Zweck wird sowohl auf die eingangs aufgeführte Formel 1 als auch auf Tabellen zurückgegriffen. Die erwartete Temperatur T_est weist im Vergleich zur tatsächlichen Temperatur einen Fehler aufgrund der Luftfeuchtigkeit F_est auf, der jedoch unter 1% liegt.Finally, a determination 109 of an expected temperature T _{est is} performed by deducing the estimated sound velocity c _est from the estimated temperature T _est . For this purpose, reference is made both to the initially mentioned formula 1 and to tables. The expected temperature T _est has an error due to the humidity F _est compared to the actual temperature, which is less than 1%.

Zusätzlich wird in einem weiteren Schritt aus einem Temperaturunterschied zwischen der erwarteten Temperatur T_est und einer Referenz-Temperatur T_ref die Luftfeuchtigkeit F_est ermittelt 110. Dabei wird eine Tabelle verwendet, aus der die Luftfeuchtigkeit F_est für die aktuelle, tatsächliche Referenz-Temperatur T_ref und dem Temperaturunterschied ausgelesen wird. Die Referenz-Temperatur T_ref wird durch den in 1 dargestellten, zusätzlichen Temperatursensor 24 - der bereits im Fahrzeug vorhanden sein kann - ermittelt. In weiteren Ausführungsformen werden andere in der Umgebung vorhandene Temperatursensoren verwendet und/oder die Referenz-Temperatur T_ref aus übertragenen Wetterdaten ausgelesen.In addition, the air humidity F _{est is} determined 110 in a further step from a temperature difference between the expected temperature T _est and a reference temperature T _ref . A table is used from which the humidity F _est for the current, actual reference temperature T _ref and the temperature difference is read out. The reference temperature T _ref is determined by the in 1 shown, additional temperature sensor 24 - Which may already be present in the vehicle - determined. In further embodiments, other temperature sensors present in the environment are used and / or the reference temperature T _{ref is} read from transmitted weather data.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4120397 [0007]

Claims

Method for determining the temperature (T _est ) of the environment, comprising the following steps: - determining (108) a speed of sound (c _est ) from at least one characteristic characterizing a sound wave (10); and - determining (109) the temperature (T _est ) of the environment from the speed of sound (c _est ) by means of a model characterizing the relationship between the speed of sound (c _est ) and the temperature (T _est ) of the environment.

Method according to Claim 1 , characterized in that the model characterizing the relationship between the speed of sound (c _est ) and temperature (T _est ) of the environment for the temperature dependence of the expected speed of sound (c _est ) is a function of the speed of sound (c _est ).

Method according to method Claim 1 , characterized in that the model characterizing the relationship between the speed of sound (c _est ) and temperature (T _est ) of the environment for the temperature dependence of the speed of sound (c _est ) is read from a table.

Method according to one of the preceding claims, which for determining (108) an expected speed of sound (c _est ) comprises the following steps: - using sound waves (10) emitted from a sound source (20) from a defined direction (R) and under oblique incidence at a fixed angle (a) on at least two at a distance (a) juxtaposed sensors (21, 22) meet; - determining (103) an expected sound frequency (f _est ) of the sound waves (10); - determining (104) a phase shift (μ) of the sound waves (10); - determining (105) an expected wavelength (λ _est ) of the sound waves (10) from the phase shift (μ) and the fixed angle (a); and - determining (108) the expected sound velocity (c _est ) from the expected sound frequency (f _est ) and the expected wavelength (λ _est ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined temperature (T _est ) of the environment is compared with a reference temperature (T _ref ) of the environment and from this an air humidity (F _est ) of the environment is concluded.

Method according to Claim 5 , characterized in that the reference temperature (T _ref ) of the environment by an additional temperature sensor (24) is measured.

Method according to Claim 5 , characterized in that the reference temperature (T _ref ) of the environment is retrieved via weather data.

Device for determining at least one physical variable by means of sound waves (10) by means of the method according to one of Claims 1 to 7 wherein the speed of sound is one of the physical quantities, characterized in that it comprises a sound source (20) arranged in a fixed direction (R) to at least two sensors (21, 22) arranged side by side at a distance (a) and sound waves (10) which strike the sensors (21, 22) obliquely at a fixed angle (a), wherein the sensors (21, 22) exhibit at least one characteristic of the sound waves incident obliquely at the predetermined angle (a). 10), and a circuit device which is set up from the at least one characteristic feature of the sound waves (10) to close the at least one physical size and from the expected speed of sound (c _est ) of the sound waves (10) to close the temperature influence.

Device after Claim 8 , characterized in that the device comprises an additional temperature sensor (24).

Computer program, which is set up, each step of the procedure according to one of Claims 1 to 7 perform.

Machine-readable storage medium on which a computer program is based Claim 10 is stored.

An electronic control unit (23) arranged to operate by a method according to any one of Claims 1 to 7 physical quantities using a device according to one of Claims 8 or 9 to determine by means of sound waves (10).