DE102008002232A1 - Method for measurement of distance or velocity of object relative to vehicle, involves emitting ultrasonic pulse, which is reflected by object - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung von Entfernung und/oder Geschwindigkeit eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug.The The invention describes a method and a device for determination distance and / or velocity of an object relative to a Vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Im Bereich Fahrerassistenzsysteme für Kraftfahrzeuge kamen in der Vergangenheit bevorzugt Ultraschallsensoren auf piezoelektrischer Basis zum Einsatz, allerdings fast ausschließlich in verschiedenen Einpark-Funktionen. Dabei wird mit einem Puls-Echo-Verfahren die Laufzeit von Ultraschallpulsen gemessen, die an Hindernissen im Detektionsbereich reflektiert werden. Die somit erhaltenen Informationen der vier bis sechs pro Stoßstange installierten Sensoren werden algorithmisch nach dem Triangulationsprinzip in einem zentralen Steuergerät ausgewertet, so dass der Abstand des Fahrzeugs zum nächstgelegenen Hindernis ermittelt werden kann. Dieses System aus bis zu zwölf Ultraschallsensoren und einem zentralen Steuergerät wird oft kurz als Ultraschall-System bezeichnet.in the Range driver assistance systems for motor vehicles came In the past, ultrasonic sensors preferred piezoelectric Basis for use, but almost exclusively in different Einpark functions. It is with a pulse-echo method the Duration of ultrasonic pulses measured at obstacles in the Detection area are reflected. The information thus obtained of the four to six sensors installed per bumper become algorithmically according to the triangulation principle in a central Control unit evaluated so that the distance of the vehicle to the nearest obstacle can be determined. This System consisting of up to twelve ultrasonic sensors and one central Control unit is often referred to as ultrasound system.
Bei konventionellen Ultraschall-Systemen, insbesondere bei konventionellen ultraschallbasierten Einparkhilfen (US-EPH), sind die wesentlichen Systemeigenschaften in jeder vorliegenden Situation gleich, nachdem einmalig vor Inbetriebnahme die Parameter des Ultraschall-Systems an die speziellen geometrischen Merkmale des Fahrzeugs angepasst wurden. Es findet zwar situationsbedingt im Steuergerät eine Zuordnung zu bestimmten Sonderfällen statt, jedoch haben sie keinen Einfluss auf die Systemeigenschaften, wie zum Beispiel die Zykluszeit, die zwischen zwei aufeinander folgenden Sendeimpulsen vergeht, oder auf die Länge bzw. die Amplitude des Sendepulses. Stattdessen findet in jeder vorliegenden Situation – vor einem drohenden Unfall genauso wie in jeder statischen Einparksituation – ein immer gleicher Sende-Empfangsbetrieb statt, der auf die Funktion „Einparken” optimiert ist.at conventional ultrasonic systems, especially in conventional Ultrasonic-based parking aids (US-EPH), are the essential system features the same in every present situation, once before commissioning the parameters of the ultrasound system to the specific geometric Characteristics of the vehicle were adjusted. Although it takes place depending on the situation an assignment to specific special cases takes place in the control unit, however, they do not affect the system properties, such as for example, the cycle time between two consecutive Transmit pulses passes, or to the length or the amplitude of the Transmission pulse. Instead, in any present situation - before an imminent accident just as in any static parking situation - always same send-receive operation, which optimizes the function "parking" is.
Für den Einsatz in dynamischen Situationen, also im laufenden Verkehr, ist ein solches Ultraschall-System jedoch nicht ausreichend. Zwar ist auch mit Hilfe einer derartigen konventionellen US-EPH prinzipiell möglich, die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis indirekt zu bestimmen, und zwar durch das Verfolgen der Veränderung mehrerer aufeinander folgender Abstandsinformationen. Hierbei tritt aber das Problem auf, dass die Geschwindigkeitsinformationen für die Anforderungen dynamischer Funktionen zu selten aktualisiert werden. Grund hierfür ist ein im Durchschnitt konstanter zeitlicher Abstand (PRI = Pulse Repetition Interval) zwischen zwei Sendepulsen. Das PRI hängt dabei in der Regel von der gewünschten Entfernungsabdeckung und von der Schallgeschwindigkeit bei der vorliegenden Temperatur ab. Dabei wird der im Durchschnitt konstante zeitliche Abstand zwischen zwei Sendepulsen deshalb gewählt, um mit jedem Impuls bis zum Ende des Messbereichs Hindernisse detektieren zu können. Mit einer konventionellen US-EPH ist also keine zufrieden stellende Beurteilung dynamischer Situationen möglich.For the use in dynamic situations, ie in the current traffic, However, such an ultrasound system is not sufficient. Though is also in principle with the help of such a conventional US EPH possible, the relative speed between the vehicle and Obstruction indirectly, by pursuing the Change of several consecutive distance information. Here, however, the problem arises that the speed information too rare for the requirements of dynamic functions to be updated. Reason for this is an average constant time interval (PRI = Pulse Repetition Interval) between two transmit pulses. The PRI usually depends on this from the desired range coverage and from the speed of sound the present temperature. Hereby the on average constant becomes time interval between two transmit pulses therefore chosen to detect obstacles with each pulse to the end of the measuring range to be able to. With a conventional US EPH is no satisfactory assessment of dynamic situations possible.
Einen
gewissen Fortschritt konnte in dieser Hinsicht schon die in der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die vorliegende Erfindung werden ein adaptives Verfahren und eine Vorrichtung zur beschleunigten und zuverlässigen Bestimmung von Entfernung und/oder Geschwindigkeit eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug geschaffen, welche noch besser für den Einsatz in dynamischen Situationen geeignet sind. Dabei ist es insbesondere bei zunehmender Verkürzung des Abstandes zwischen Fahrzeug und Hindernis auf kleine Distanzen (z. B. auf unter 3 Meter) möglich, die Abtastrate auf optimale Weise zu erhöhen und gleichzeitig mit geringem schaltungstechnischen und softwaretechnischen Aufwand automatisch an die Hindernisdistanz anzupassen.By The present invention will be an adaptive method and a Device for accelerated and reliable determination distance and / or velocity of an object relative to created a vehicle, which is even better for use are suitable in dynamic situations. It is in particular with increasing shortening of the distance between the vehicle and obstacle at small distances (eg below 3 meters) possible, to increase the sampling rate in an optimal way and at the same time with little circuitry and software engineering effort automatically adapt to the obstacle distance.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist ein event-getriggertes, also Ereignis-angestoßenes Aussenden von Ultraschallpulsen. Damit unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von den eingangs beschriebenen Methoden, welche auf einem zeitlich getriggerten Aussenden von Ultraschallpulsen beruhen.basic idea The present invention is an event-triggered, ie event-triggered Emission of ultrasound pulses. This differs from the present one Invention of the methods described above, which on a time triggered emission of ultrasound pulses based.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung dieses Grundgedankens wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bestimmung von Entfernung und/oder Geschwindigkeit eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem Ultraschallpulse ausgesandt werden, von dem Objekt reflektiert werden und als Echo wieder empfangen werden, wobei das Aussenden eines zweiten Ultraschallpulses durch den Empfang des Echos eines zuvor ausgesandten ersten Ultraschallpulses getriggert wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Abtastrate automatisch an die Hindernisdistanz anzupassen, denn die Schalllaufzeit zwischen Fahrzeug und Hindernis (ausgesandter Ultraschallpuls) bzw. Hindernis und Fahrzeug (Echo) wird bei konstanter Schallgeschwindigkeit mit abnehmendem Abstand kleiner.According to a first embodiment of this In accordance with the invention, a method is proposed for determining the distance and / or velocity of an object relative to a vehicle in which ultrasound pulses are emitted, reflected by the object and received again as an echo, wherein the transmission of a second ultrasound pulse by the reception of the echo a previously emitted first ultrasonic pulse is triggered. This method makes it possible to automatically adjust the sampling rate to the obstacle distance, because the sound propagation time between the vehicle and the obstacle (emitted ultrasonic pulse) or obstacle and vehicle (echo) becomes smaller with decreasing distance at a constant speed of sound.
Vorzugsweise ist dabei der zuvor ausgesandte erste Ultraschallpuls der unmittelbar vor dem zweiten Ultraschallpuls ausgesandte Ultraschallpuls. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, dass die Abtastrate automatisch an die Annäherungssituation des nächstgelegenen Hindernisses angepasst wird, da mit kürzer werdender Hindernisdistanz bei konstanter Schallgeschwindigkeit der Zeitraum zwischen dem Aussenden eines Ultraschallpulses und dem Empfang seines vom Hindernis reflektierten Echos kleiner wird.Preferably is the previously transmitted first ultrasonic pulse of the immediate ultrasonic pulse emitted before the second ultrasonic pulse. Thereby In particular, this allows the sampling rate to be automatic to the approach situation of the nearest one Obstacle is adjusted because with decreasing obstacle distance at constant speed of sound the time between sending an ultrasonic pulse and the reception of his reflected from the obstacle Echoes gets smaller.
Vorzugsweise erfolgt das Aussenden des zweiten Ultraschallpulses zeitlich unmittelbar nach dem Empfang des Echos des zuvor ausgesandten ersten Ultraschallpulses. Dadurch kann die Abtastrate bei kürzer werdender Hindernisdistanz optimal erhöht werden, da es zu keiner Verzögerung zwischen dem Empfang des Echos des zuvor ausgesandten ersten Ultraschallpulses und dem Aussenden des zweiten Ultraschallpulses kommt.Preferably the emission of the second ultrasonic pulse takes place directly in time after receiving the echo of the previously transmitted first ultrasonic pulse. This allows the sampling rate to become shorter as the obstacle distance becomes shorter be increased optimally, as there is no delay between the receipt of the echo of the previously transmitted first ultrasonic pulse and the emission of the second ultrasonic pulse comes.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird durch das Aussenden eines Ultraschallpulses, den Empfang seines Echos und die Auswertung dieses Echos mittels einer Auswerteeinheit in einem elektroakustischen Kreis ein Messzyklus mit einer Zykluszeit definiert, wobei ein aktuell laufender Messzyklus beim Empfang eines folgenden Echos unterbrochen wird und ein neuer Messzyklus gestartet wird. Vorzugsweise wird beim Starten des neuen Messzyklus ein weiterer Ultraschallpuls ausgesandt. Es ist aber genauso gut auch möglich, mehrere Echos abzuwarten, bevor ein neuer Messzyklus gestartet wird. Mit dieser Art der Triggerung wird die Zykluszeit automatisch an den Abstand des Hindernisses zum Fahrzeug angepasst. Diese sofortige Anpassung der Zykluszeit stellt außerdem eine optimal schnelle Reaktion auf die geänderten Umstände der dynamischen Situation dar. Im Vergleich dazu erfolgt bei den konventionellen zeitlich getriggerten Methoden unabhängig von der Laufzeit der Ultraschallpulse und deren Echos immer ein vollständiger Durchlauf eines Messzyklus. Außerdem erfolgt bei diesen konventionellen Systemen immer erst eine mittelbare Anpassung des nächst folgenden Messzyklus auf Grundlage der Ergebnisse der Abstandsmessung aus dem vorhergegangenen Messzyklus. Dadurch hinkt diese Messzyklus-Anpassung immer um die Dauer einer Zykluszeit hinterher, was zu einer insgesamt trägen Anpassung der Zykluszeit führt.According to one Particularly advantageous embodiment of the invention is characterized by the Emitting an ultrasonic pulse, receiving its echo and the evaluation of this echo by means of an evaluation in one electroacoustic circuit defines a measuring cycle with one cycle time, wherein a currently running measurement cycle upon receipt of a following Echo is interrupted and a new measurement cycle is started. Preferably, when starting the new measurement cycle another Ultrasound pulse emitted. But it is just as possible to wait for several echoes before starting a new measurement cycle. With this type of triggering, the cycle time automatically starts adjusted the distance of the obstacle to the vehicle. This instant Adjusting the cycle time also provides an optimally fast Reaction to the changed circumstances of the dynamic Situation. In comparison, this is done in the conventional time-triggered methods regardless of the term the ultrasonic pulses and their echoes always a complete Passing a measuring cycle. In addition, in these conventional systems always have an indirect adaptation of the system next following measurement cycle based on the results the distance measurement from the previous measurement cycle. Thereby This measuring cycle adjustment always lags by the duration of one cycle time afterwards, resulting in a total sluggish adaptation of the Cycle time leads.
Vorzugsweise wird mit Ablauf einer vorbestimmten maximal zugelassenen Zykluszeit ein zeitlich getriggerter Ultraschallpuls ausgesandt, wenn bis dahin kein Echo empfangen wurde. Dies dient in vorteilhafter Weise der Absicherung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall eines Signalverlustes. Dabei wird nach Ablauf einer maximalen Zykluszeit ein zeitlich getriggertes Signal ausgesandt, wenn bis dahin kein Echo-Ereignis detektiert wurde. Dieser zeitliche Abstand definiert vorzugsweise die untere Grenzfrequenz des Systems, die im folgenden auch Leerlauf-Frequenz genannt wird. Im Falle eines Signalabbruchs, also des Ausfalls oder Nicht-Detektierens eines oder mehrerer Ultraschall-Echos, werden also Ultraschallpulse mit der Leerlauf-Frequenz, also mit einer minimalen Frequenz bzw. Häufigkeit des Aussendens, generiert, die leicht unterhalb der Umlauffrequenz des maximalen Detektionsabstandes liegt, um diese beiden Fälle voneinander unterscheiden zu können. Das System läuft dann zumindest im konventionellen, zeitlich getriggerten Modus.Preferably becomes with expiry of a predetermined maximum allowed cycle time a timed triggered ultrasound pulse, if so far no echo was received. This is used in an advantageous manner Securing the method according to the invention for the case of a signal loss. It will be after expiration of a maximum Cycle time a time triggered signal emitted when until there was no echo event detected. This time interval preferably defines the lower limit frequency of the system that in the following also idle frequency is called. in case of a Signal abort, so the failure or non-detection of a or more ultrasonic echoes, so are ultrasonic pulses with the idling frequency, ie with a minimum frequency or frequency of sending, which is slightly below the orbit frequency the maximum detection distance is around these two cases to distinguish from each other. The system is running then at least in the conventional, time-triggered mode.
Vorzugsweise wird die Häufigkeit des Aussendens von Ultraschallpulsen pro Zeiteinheit auch nach oben begrenzt. Dadurch kann eine maximale Umlauffrequenz festgesetzt werden, wodurch die Stabilität der Regelung der Zykluszeit besonders gut gewährleistet werden kann. Auf diese Weise werden sich aufschaukelnde Lawinen von Echos vermieden und die Verbreiterung des Echos bei zerklüfteten Hindernissen führt wunschgemäß nur zu einer einfachen Auslösung des nächsten Ultraschallpulses.Preferably is the frequency of emission of ultrasound pulses per unit of time also limited upwards. This allows a maximum rotation frequency be fixed, reducing the stability of the scheme the cycle time can be guaranteed particularly well. In this way, rocketing avalanches of echoes are avoided and the broadening of the echo at jagged obstacles performs as desired only to a simple release the next ultrasonic pulse.
Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn die Signallänge und/oder die maximale Signalamplitude jedes auszusendenden Ultraschallpulses in Abhängigkeit von Eigenschaften des Echos eines zuvor ausgesandten Ultraschallpulses, wie zum Beispiel Echolaufzeit, Echolänge und/oder Echoamplitude, gewählt wird bzw. werden. Diese Anpassung der ausgesandten Ultraschallpulse durch Anpassung an die Reflexionseigenschaften und/oder an den Abstand zum nächstgelegenen Hindernis dient der Erhöhung der Signal-Zuverlässigkeit beim Empfang der vom Hindernis zurückreflektierten Echos.Furthermore it is advantageous if the signal length and / or the maximum Signal amplitude of each ultrasonic pulse to be transmitted as a function of of properties of the echo of a previously emitted ultrasonic pulse, such as echo time, echo length and / or echo amplitude, is or will be elected. This adaptation of the sent Ultrasonic pulses by adaptation to the reflection properties and / or to the distance to the nearest obstacle the increase in signal reliability in reception the echoes reflected back from the obstacle.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Ultraschallsensor verwendet, der sowohl im Sendemodus als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wobei sich die von den verschiedenen Ultraschallsensoren ausgesandten Ultraschallpulse in der Modulation ihrer Sendefrequenz oder Sendeamplitude voneinander unterscheiden. Der gleichzeitige bzw. quasi-gleichzeitige Betrieb eines einzigen Ultraschallsensors als Sender und Empfänger wird bei Realisierung der Rückkopplung durch Software-Algorithmen möglich und stellt eine vorteilhafte Einsparung von Hardware dar, die speziell aufgrund der beengten Einbausituation in einer Fahrzeug-Stoßstange sinnvoll ist. Außerdem können die Ultraschallsensoren aufgrund der Unterscheidbarkeit ihrer ausgesandten Ultraschallpulse parallel, also gleichzeitig betrieben werden, was effektiv und zeitsparend ist. Bei sequentiellem Betrieb der Ultraschallsensoren steigt der Zeitbedarf proportional mit der Anzahl der Sensoren. D. h. bei einem typischen System mit vier Sensoren ist der Zeitbedarf daher etwa vier Mal so hoch.According to a further advantageous embodiment of the present invention, at least one ultrasonic sensor is used, which can be operated both in the transmission mode and in the reception mode, wherein the different of the ul Ultrasound pulses emitted by ultrasound sensors differ in the modulation of their transmission frequency or transmission amplitude. The simultaneous or quasi-simultaneous operation of a single ultrasonic sensor as a transmitter and receiver is possible in implementation of the feedback by software algorithms and represents an advantageous saving of hardware, which makes sense especially due to the cramped installation situation in a vehicle bumper. In addition, the ultrasonic sensors can be operated in parallel, ie simultaneously, due to the distinctness of their emitted ultrasonic pulses, which is effective and time-saving. With sequential operation of the ultrasonic sensors, the time required increases proportionally with the number of sensors. Ie. In a typical system with four sensors, the time required is therefore about four times higher.
Korrespondierend zur Ausgestaltung der Erfindung in Form eines Verfahrens wird eine Vorrichtung zur Bestimmung von Entfernung und/oder Geschwindigkeit eines Objektes relativ zu einem Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend Mittel zum Aussenden von Ultraschallpulsen und zum Empfangen der von dem Objekt reflektierten Echos, wobei Mittel zur Steuerung (C) vorgesehen sind, welche eingerichtet sind, die Mittel zum Aussenden (S, S + E) von Ultraschallpulsen beim Empfang des Echos eines zuvor ausgesandten ersten Ultraschallpulses zum Aussenden eines zweiten Ultraschallpulses zu triggern.corresponding for the embodiment of the invention in the form of a method is a Device for determining distance and / or speed an object relative to a vehicle proposed, comprising Means for emitting ultrasonic pulses and for receiving the echoes reflected by the object, means being provided for control (C) which are set up, the means for sending (S, S + E) of ultrasonic pulses upon receipt of the echo of a previously emitted first ultrasonic pulse for emitting a second ultrasonic pulse to trigger.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Auswerten der empfangenen Echos innerhalb eines Messzyklus mit einer Zykluszeit, wobei die Mittel zur Steuerung eingerichtet sind, einen aktuell laufenden Messzyklus beim Empfang des nächsten Echos zu unterbrechen und einen neuen Messzyklus zu starten, in welchem vorzugsweise ein weiterer Ultraschallpuls ausgesandt wird.Preferably the device according to the invention comprises means to evaluate the received echoes within a measuring cycle with a cycle time, with the means for control being set up, a currently running measurement cycle when receiving the next To interrupt echoes and start a new measurement cycle, in which preferably a further ultrasonic pulse is emitted.
Bezüglich der technischen Wirkungen und Vorteile der gegenständlichen Merkmale dieser Vorrichtung wird explizit auf die Ausführungen zum oben beschriebenen Verfahren verwiesen, welche vollumfänglich in Bezug genommen werden.In terms of the technical effects and advantages of the subject matter Features of this device will be explicit on the designs referenced to the method described above, which fully be referred to.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.Further Features and advantages of embodiments of the invention will be apparent from the following description with reference to the attached figures.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Es zeigen:It demonstrate:
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der ErfindungDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS invention
Eine
einfache und zugleich effiziente Realisierung einer event-getriggerten
Messung, wie sie die vorliegende Erfindung vorschlägt,
stellt ein sogenannter elektroakustischer Kreis mit einem Sender
S und einem Empfänger E dar, wie er in
In
den
Es wird eine optimale Anpassung oder Regelung des Pulse Repetition Interval (PRI) an den Objektabstand d erreicht, indem der aktuelle Messzyklus nach dem Eintreffen des ersten Echos unterbrochen wird, und ein neuer Messzyklus gestartet wird. Sollte der Basisabstand b zwischen Sender S und Empfänger E nicht zu vernachlässigen sein, so ist zu berücksichtigen, dass der Basisabstand b, die Entfernung zum Hindernis d und die durchlaufene Wegstrecke im Medium 2g (gestrichelte Linie) über die Gleichung d2 = g2 – b2/4 zusammenhängt.Optimal adaptation or regulation of the Pulse Repetition Interval (PRI) to the object distance d is achieved by interrupting the current measurement cycle after the arrival of the first echo and starting a new measurement cycle. If the base distance b between transmitter S and receiver E should not be neglected, then it must be taken into account that the base distance b, the distance to the obstacle d and the distance traveled in the medium 2g (dashed line) are given by the equation d 2 = g 2 - b 2/4 is related.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die anhand der
In der Auswerteeinheit A findet zum einen die oben bereits erwähnte Plausibilisierung statt, ob das empfangene Echo einem zuvor ausgesandten Ultraschallpuls entspricht, und ggf. mit welchem Ultraschallpuls das empfangene Echo genau korreliert (bei mehreren ineinander verschachtelt empfangenen Echos). Im Zuge der Plausibilisierug kann auch bestimmt werden, ob der gemessene Abstand einen realistischen Wert annimmt, z. B. durch den Vergleich des zuletzt gemessenen Abstandswerts mit einer vorangegangenen Historie, d. h. mit einer Entwicklung des Abstandswertes über mehrere Einzelmessungen. Dadurch können gestörte Messungen aufgrund externer Schallquellen ausgefiltert werden. Zum anderen wird die Umlauffrequenz f auf einen sinnvollen Bereich eingeschränkt. So sollen wie beim bekannten Sing-Around-Prinzip im Falle eines Signalabbruchs – also im Falle des über einen vorbestimmten Zeitraum nicht-mehr-Empfangens von Echos – Ultraschallpulse mit einer Leerlauf-Frequenz (minimale Frequenz bzw. Häufigkeit) ausgesandt werden, die leicht unterhalb der Umlauffrequenz des maximalen Detektionsabstandes dmax liegt. Außerdem ist es vorteilhaft, eine maximale Frequenz als obere Grenze einzuführen, die nicht überschritten werden darf. Um dies zu erreichen, kann die detektierte Umlauffrequenz durch eine Wartezeit in der Auswerteeinheit A vermindert werden. Der Vorteil des Festsetzens einer maximalen Umlauffrequenz liegt in einer erhöhten Stabilität der Regelung des Aussendens der Ultraschallpulse. Auf diese Weise werden sich aufschaukelnde Lawinen von Echos vermieden und die Verbreiterung eines Echos bei einem zerklüfteten Hindernis H führt in wünschenswerter Weise nur zu einer einfachen Auslösung des Signals.In the evaluation unit A, on the one hand, the above-mentioned plausibility check takes place, whether the received echo corresponds to a previously transmitted ultrasonic pulse, and if necessary with which ultrasonic pulse the received echo correlates exactly (with several interleaved echoes received). In the course of the plausibility check, it can also be determined whether the measured distance assumes a realistic value, eg. B. by comparing the last measured distance value with a previous history, ie with a development of the distance value over several individual measurements. As a result, disturbed measurements due to external sound sources can be filtered out. On the other hand, the rotational frequency f is limited to a reasonable range. Thus, as with the known sing-around principle in the case of a signal abort - so in the case of over a predetermined period no longer receiving echoes - ultrasound pulses with an idling frequency (minimum frequency or frequency) are emitted, the slightly below the rotational frequency of the maximum detection distance d max is. In addition, it is advantageous to introduce a maximum frequency as the upper limit, which must not be exceeded. To achieve this, the detected rotational frequency can be reduced by a waiting time in the evaluation unit A. The advantage of setting a maximum rotational frequency is an increased stability of the regulation of the emission of the ultrasonic pulses. In this way, averted avalanches of echoes are avoided, and the broadening of an echo at a fissured obstacle H desirably leads only to a simple triggering of the signal.
Zusätzlich kann bei dieser Ausführungsform die Anpassung der Sendeimpulslänge an die Hindernisdistanz d in zwei verschiedenen Stufen ober- und unterhalb eines definierten Grenzabstandes erfolgen. Hierbei werden längere Sendeimpulse für größere Abstände verwendet, um die größere atmosphärische Dämpfung bei weiteren Distanzen d auszugleichen. Die nachfolgend beschriebene Ausgestaltung eines ähnlichen adaptiven Prinzips dient ebenfalls der Erhöhung der Signal-Zuverlässigkeit, und zwar durch Anpassung der Sendeeigenschaften an Reflexionseigenschaften der empfangenen Echos und/oder an den Abstand d der Sensoreinrichtung zum nächstgelegenen Hindernis H. Mit diesen Informationen wird nun der neue Sendeimpuls generiert, und zwar mit einer bestimmten Signallänge und maximalen Signalamplitude. Je weiter das Hindernis H entfernt ist (je größer also d ist), desto mehr Signalintensität wird für ein qualitativ gutes Echo benötigt. Der Einfluss der Reflexionseigenschaften des Hindernisses H bestimmt Echolänge und Echoamplitude: Je länger und größer ein Echo ist, desto größer ist der Reflexionsquerschnitt des Hindernisses H und desto weniger Signalintensität wird für den nächsten Sendeimpuls benötigt. Eine ausgewogene Gewichtung dieser drei Parameter (Abstand d, Echolänge und Echoamplitude) dient also in vorteilhafter Weise zur Einstellung der Signalintensität der nachfolgend auszusendenden Ultraschallpulse. Das genaue Verhältnis dieser drei Parameter zueinander sollte im Einzelfall optimal bestimmt werden. Hierfür sind analytische Verfahren ebenso denkbar wie der Einsatz von fuzzy logic.additionally In this embodiment, the adaptation of the transmission pulse length to the obstacle distance d in two different steps above and below take place a defined limit distance. Here are longer Transmit pulses for larger distances used to the larger atmospheric Damping at other distances to balance d. The following described embodiment of a similar adaptive principle also serves to increase the signal reliability, and although by adaptation of the transmission properties of reflection properties the received echoes and / or to the distance d of the sensor device for nearest obstacle H. With this information will now the new transmit pulse generated, with a specific Signal length and maximum signal amplitude. The further that Obstacle H is removed (the larger is d), the more signal intensity is used for a qualitative good echo needed. The influence of the reflection properties of obstacle H determines echo length and echo amplitude: The longer and bigger an echo is, the more larger is the reflection cross section of the obstacle H and the less signal intensity is for needed the next transmission pulse. A balanced Weighting of these three parameters (distance d, echo length and Echo amplitude) is thus used advantageously for adjustment the signal intensity of the subsequently emitted ultrasonic pulses. The exact ratio of these three parameters to each other should be optimally determined in individual cases. For this are analytical methods as well as the use of fuzzy logic.
Die Relativgeschwindigkeit eines bewegten Hindernis H berechnet sich aus den detektierten Laufzeiten (und damit Abständen) mehrerer aufeinander folgender Messzyklen. Sie ergibt sich als die Steigung im Abstands-Zeit-Diagramm oder als die Ableitung des Abstands d nach der Zeit t. Die gesamte Zykluszeit T, die für einen Durchlauf im elektroakustischen Kreis benötigt wird, setzt sich aus den Teilen T1 und T2 zusammen: T = T1 + T2. Hierbei bezeichnet T1 die endliche Zeit, die für die Rückkopplung benötigt wird, also die Zeit, die systembedingt zwischen dem Empfangen des Echosignals und dem erneuten Aussenden des nächsten Ultraschallpulses vergeht. Hierzu gehören die Laufzeit des Auswertealgorithmus und die Zeit zur Übermittlung des Sendebefehls für den nächsten Ultraschallpuls. Es wird T1 als zeitlich konstant angenommen. T2 bezeichnet die Laufzeit des Ultraschallpulses im Medium (z. B. Luft) und berechnet sich nach T2 = 2d/c, unter der Annahme, dass der Basisabstand b zwischen Sender S und Empfänger E vernachlässigbar ist. Sollte der Basisabstand b zwischen Sender S und Empfänger E nicht zu vernachlässigen sein, so ist zu berücksichtigen, dass der Basisabstand b, die Entfernung zum Hindernis d und die durchlaufene Wegstrecke im Medium 2g (gestrichelte Linie) über die Gleichung d2 = g2 – b2/4 zusammenhängen.The relative speed of a moving obstacle H is calculated from the detected transit times (and thus distances) of several successive measuring cycles. It results as the slope in the distance-time diagram or as the derivative of the distance d after the time t. The total cycle time T required for one pass in the electroacoustic circuit is composed of the parts T 1 and T 2 : T = T 1 + T 2 . In this case, T 1 denotes the finite time required for the feedback, that is, the time that passes between the receiving of the echo signal and the retransmission of the next ultrasonic pulse due to the system. These include the running time of the evaluation algorithm and the time for transmitting the send command for the next ultrasonic pulse. T 1 is assumed to be constant over time. T 2 denotes the transit time of the ultrasonic pulse in the medium (eg air) and is calculated according to T 2 = 2d / c, assuming that the base distance b between transmitter S and receiver E is negligible. If the base distance b between transmitter S and receiver E should not be neglected, then it must be taken into account that the base distance b, the distance to the obstacle d and the distance traveled in the medium 2g (dashed line) are given by the equation d 2 = g 2 - b 2/4 .
Damit ergibt sich eine Abhängigkeit des Hindernis-Abstands d von der Zykluszeit T wie folgt: This results in a dependence of the obstacle distance d on the cycle time T as follows:
Durch das Bilden der Ableitung d(d) / dt kann die Geschwindigkeit ermittelt werden (T1 als zeitlich konstant angenommen): By forming the derivative d (d) / dt, the velocity can be determined (T 1 assumed to be constant over time):
Hierbei bezeichnet v die Relativgeschwindigkeit zwischen Hindernis und Sensoreinrichtung, und c die Schallgeschwindigkeit bei einer gegebenen Temperatur.in this connection v denotes the relative speed between obstacle and sensor device, and c is the speed of sound at a given temperature.
Praktisch kann die Auswertung über die Differenzen mehrerer Abstandsinformationen realisiert werden, die sich wiederum aus den Schall-Laufzeiten berechnen, also aus den Zeitpunkten des Aussendens und des Empfangens eines Ultraschallsignals. Werden zur Geschwindigkeitsberechnung jeweils zwei Abstandswerte herangezogen, so ergibt sich folgende einfache Abhängigkeit der Geschwindigkeit von den Zeitpunkten t1 bis t4: Practically, the evaluation of the differences of several distance information can be realized, which in turn calculate from the sound transit times, ie from the times of sending and receiving an ultrasonic signal. If two distance values are used for calculating the speed, the following simple dependence of the speed results from the times t1 to t4:
Hierbei bezeichnen:
- t1
- den Zeitpunkt des Aussendens des 1. Sendesignals,
- t2
- den Zeitpunkt des Empfangens des 1. Echos,
- t3
- den Zeitpunkt des Aussendens des 2. Sendesignals, und
- t4
- den Zeitpunkt des Empfangens des 2. Echos.
- t1
- the time of transmission of the 1st transmission signal,
- t2
- the time of receiving the 1st echo,
- t3
- the time of transmission of the 2nd transmission signal, and
- t4
- the time of receiving the 2nd echo.
Es gilt im Allgemeinen t2 ≠ t3 aufgrund systeminterner Verzögerungen.It is generally t2 ≠ t3 due to system internal delays.
Werden entsprechend mehr als zwei Abstandswerte in die Berechnung mit einbezogen, so verschieben sich die Indizes der zuletzt aufgeführten Gleichung.Become correspondingly more than two distance values are included in the calculation, this will shift the indices of the last-mentioned equation.
Um möglichst zuverlässige Resultate für den relativen Abstand und die relative Geschwindigkeit zu erhalten, bietet sich eine Glättung der Abstandswerte di sowie der Geschwindigkeitswerte vi an, wofür sich beispielsweise Kalman-Filter als geeignet erwiesen haben.In order to obtain as reliable as possible results for the relative distance and the relative speed, it is advisable to smooth the distance values d i and the speed values v i , for which, for example, Kalman filters have proved suitable.
Außerdem ist es beim Fokus auf bewegte Hindernisse H vorteilhaft, Festziele zu unterdrücken. Bei dieser Vorgehensweise aus dem Bereich der Radartechnik wird als Kriterium für zu detektierende bewegte Ziele zu diesem Zweck eine Abstandsänderung zwischen zwei aufeinander folgenden Messzyklen gefordert, die einen kritischen, abstandsabhängigen Grenzwert übersteigt.Furthermore it is advantageous when focusing on moving obstacles H, fixed targets to suppress. In this approach from the field The radar technique is used as a criterion for to be detected Moving targets for this purpose a change in distance between two consecutive measurement cycles required a critical, distance-dependent limit.
Nach
der Beschreibung der Implementierung der vorliegenden Erfindung
anhand der
Für
Einpark-Funktionen werden üblicherweise vier bis sechs
Sensoren pro Stoßstange im Fahrzeug verbaut, daher wird
im Folgenden zur Verallgemeinerung beispielhaft von vier Sensoren
ausgegangen. Als eine erste Alternative wird der gleichzeitige Betrieb
eines einzigen Ultraschallsensors S + E als Sender S und Empfänger
E vorgeschlagen, wie er in
Vorteilhaft
ist es, alle vier Sensoren einer Stoßstange im Modus der
In
Wie
oben bereits beschrieben, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung
in ultraschallbasierten Sicherheitsfunktionen, bei denen die Bestimmung
von Entfernung und/oder Geschwindigkeit eines Objektes relativ zu
einem Fahrzeug eine Rolle spielt, durch Abbrechen des Messzyklus
bei Detektion des ersten und damit nächstgelegenen Hindernisses
H wertvolle Zeit gewonnen werden. Die somit geringere Reaktionszeit
des Ultraschall-Systems ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber
den konventionellen Systemen und kann nützlich im Feld
der aktiven und passiven Sicherheitsfunktionen eingesetzt werden. Im
Bereich der passiven Sicherheit beispielsweise sind Informationen über
einen kurz bevorstehenden Zusammenprall wichtig für die
Airbag-Auslösung, den Gurtstraffer u. ä. Insbesondere
ist ein solches event-getriggertes System vorteilhaft für
die frühzeitige Detektion eines seitlichen Aufpralls, da
seitlich mit einem 1-Sensor-System wie in
Erfindungsgemäß werden durch die vorgeschlagenen adaptiven Maßnahmen die Trägheit und Unflexibilität der konventionellen Ultraschall-Systeme verringert bzw. beseitigt. Je nach momentanem Bedarf kann das erfindungsgemäße adaptive Ultraschall-System als Einparkhilfe oder als Precrash-Warn-System verwendet werden, indem zwischen verschiedenen Betriebs-Modi umgeschaltet wird. Für den Betrieb im Precrash-Modus werden verschiedene adaptive Maßnahmen kombiniert, unter anderem wird die Zykluszeit T durch eine event-Triggerung unmittelbar an die Objekt-Distanz d angepasst. Somit wird die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis H beschleunigt und es werden Möglichkeiten eröffnet, das Ultraschall-System für dynamische Zwecke optimal auszunutzen. Vorzugsweise kann also das Ultraschall-System auf verschiedene Betriebs-Modi umgeschaltet werden, z. B. Einparken, Precrash-Modus und Tote-Winkel-Detektion. Das Umschalten der Modi kann beispielsweise unter Berücksichtigung folgender Kriterien realisiert werden: Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs, oder das Überschreiten einer vorbestimmten kritischen Schwelle für die nötige Bremsbeschleunigung, die eine Kollision bzw. einen drohenden Unfall gerade noch vermeiden würde.According to the invention inertia through the proposed adaptive measures and inflexibility of conventional ultrasound systems reduced or eliminated. Depending on the current need, the inventive adaptive ultrasound system as a parking aid or as a precrash warning system can be used by switching between different operating modes. For operation in precrash mode, various adaptive Among other things, the cycle time is combined T by an event triggering directly to the object distance d adjusted. Thus, the determination of the relative velocity between vehicle and obstacle H accelerates and there are possibilities opened, the ultrasound system for dynamic To make optimal use of purposes. Preferably, therefore, the ultrasonic system be switched to different operating modes, z. B. parking, Precrash mode and dead-angle detection. Switching the modes can, for example, taking into account the following criteria be realized: the vehicle's own speed, or exceeding a predetermined critical threshold for the necessary deceleration, which just avoid a collision or an imminent accident would.
In der gesamten Anmeldung und damit insbesondere auch in den Ansprüchen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung statt Ultraschallpulsen auch Pulse von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Radarwellen, einsetzbar. Die voranstehenden Erläuterungen gelten genauso auch für elektromagnetische Wellenpulse.In the entire application and thus in particular in the claims are within the scope of the present invention instead of ultrasonic pulses as well Pulses of electromagnetic waves, in particular radar waves, used. The above explanations apply in the same way also for electromagnetic wave pulses.
Die Bezugszeichen und Verweise auf Figuren in den nachfolgenden Patentansprüchen dienen ausschließlich der leichteren Orientierung in den Anmeldungsunterlagen und sind in keinem Fall in einer Weise zu verstehen, welche den Anspruchsgegenstand auf eine in den Figuren gezeigte oder in der Beschreibung dargelegte Ausführungsform beschränkt.The Reference signs and references to figures in the following claims are used only for easier orientation in the Application documents and are in no way to be understood in any way which the claim to one shown in the figures or in the description set forth embodiment.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20150101 |