CN101147083A - 用于超声传感器的功能检查的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于超声传感器的功能检查的方法，其中至少一个其它的超声传感器发射出超声信号并且当由第一传感器没有在外部障碍物上反射地传递的信号的振幅超过预先给定的可以变化的界限值时则确定为该第一传感器正常运转。

Description

用于超声传感器的功能检查的方法

现有技术

本发明涉及一种按照主权利要求的类型的用于超声传感器的功能检查的方法。

由EP312845A1已经已知一种用于汽车倒车保护的监测装置。在汽车尾部上布置至少两个按照声反射法工作的发射器/接收器对，它们分别配置有一个电声变换器。在两个相邻的变换器之间设置声分路，使得分别由相邻的发射器接收的信号被作为功能控制信号进行评价。

由DE19924755A1已知一种测距装置，其中在两个传感器之间的串扰信号被评价，用于功能控制。此时将接收的信号与固定的预先给定的阈值进行比较。

本发明的优点

按照本发明的用于超声传感器的功能检查的方法具有主权利要求的特征，该方法的优点在于，将由另一个传感器发出的用于功能检查的信号与变化的振幅信号界限值进行比较。由此特别是能够检测到例如由于线路结冰、沾污、老化或其它干扰影响导致传感器慢慢产生的模糊不清。此外，为了更好地进行功能检查，可以使传感器尽可能精确地与其安装位置相匹配，以便获得有关传感器功能的可靠的结论。该结论，即传感器是否功能完好，将由此变得更加可靠。

通过在从属权利要求中列出的措施可以对主权利要求中给出的用于功能检查的方法进行一些有利的扩展和改进。特别有利的是设置了时间性的评价窗口，在该评价窗口内被接收的信号必须超过界限值。评价窗口在此可以有利地与测量窗口这样地相连，使得测量窗口与用于功能检查的评价窗口相衔接。因此随后的测量能够直接与传感器是否可靠地工作的信息相连。尤其是能够由此测量到在测量运行中只是随机出现的故障或突然的失效。

此外有利的是，在时间性的评价窗口的持续时间期间改变界限值。特别是通过在评价窗口期间界限值的改变可以为各种其它的超声传感器发出的信号设置不同的界限值。此时可以预料到，由位于较远处的传感器发出的、具有比位于较近处的传感器发出的信号更长的渡越时间的信号也具有较小的振幅。通过在评价窗口期间改变界限值，可以检测到该两个传感器的信号接收，从而提高了功能检查的可靠性。特别是由此可以必要时推断另外的超声传感器作为反射器的功能。

此外有利的是将传感器设置在公共的支撑结构上，该支撑结构将声从一个传感器传递到另一个传感器。此时将界限值有利地与安装位置、两个传感器的距离和在支撑结构中的安装条件相匹配。有利的是这种匹配在安装传感器时进行。但是它也可以在以后进行再校准。特别是在加装传感器的情况下，通过校准可以实现与实际情况相匹配的阈值调节。

此外有利的是，根据汽车的测量值或与汽车周围环境有关的测量值来改变界限值。特别是此时能够合适地考虑汽车的速度或环境温度。特别有利的是，此时根据在汽车上的安装位置不同地选择界限值。

此外有利的是在超声传感器有故障时向司机发出警告。司机由此了解到可能不再能够通过超声传感器看到障碍物。因此，在这种情况下，他不能够再依靠测距装置的测量值显示。必要时他还可以通过该警告要求对超声传感器进行清洁或除冰。

为了不使个别的测量误差就导致这种警告的发出，优选只有在例如做了多次前后相随的测量下确定了传感器没有正常运转时才发出警告。由于这些测量被相当快地重复进行，因此不存在与此相关联的对使用者的任何危害，但是此时避免了不必要的警告。

附图

在附图中示出了本发明的实施例并且在以下的说明书中进行详细说明。

图1显示了带有测距装置的汽车示意图，该测距装置具有超声传感器并且按照本发明的方式运行，

图2显示了按照本发明的测距装置的两个超声传感器，

图3显示了在实施按照本发明的方法中被接收的超声信号的振幅的振幅特性曲线。

实施例的说明

本发明可以用于任何带有超声传感器的测距装置。特别是其可以有利地用于汽车中的测距装置，因为司机依靠测距装置的警告，测距装置向司机发出与在汽车周围的障碍物发生碰撞的警告。可靠地识别检测能力的损失或限制保证了在传感器功率减低时司机得到相应的反馈，从而他或者重新恢复测距装置的功能能力或者至少在出现故障期间不再依靠测距装置的警告指示。

在图1中示意地示出了汽车1。在汽车1的前端2和后端3上分别布置了超声传感器4，5。超声传感器4，5此处优选安装在汽车的前保险杠6或后保险杠7中。一般地，超声传感器4，5具有可振动的膜片，其至少部分地穿过保险杠7，使得超声信号被反射到汽车周围环境中。超声信号被在汽车周围环境中的障碍物反射和被超声传感器4，5重新接收。超声传感器4，5为此优选是超声发射器和超声接收器。超声传感器4，5通过数据母线8与汽车中的评价单元9相连。超声传感器4，5此时具有一个在图1没有详细示出的评价单元，其用于对被接收的超声信号进行评价。超声发射脉冲此时由许多单个的信号组成，其组合成超声脉冲序，从而信号包络线可以说明被发出的超声信号。被接收的信号也具有包络线，其包围各单个超声振动的最大值。在一种实施形式中，超声传感器4，5的评价电子机构测定是否接收了信号。该测定例如是这样进行的，即将信号包络线的振幅与储存起来的界限值进行比较。如果界限值被超过，那么将该超过信息例如数字式地传递到评价单元9。此时可以对直接反射信号进行评价，其中超声传感器4，5重新接收由它们自己分别发出的信号。在另一种实施形式中，也可以对交叉反射信号进行评价，其中由另一个超声传感器发射的信号在障碍物上反射之后被重新接收。评价单元9分析由各单个超声传感器4，5传递的信号。它从信号发射和接收之间的时间差确定渡越时间并且从该渡越时间同时考虑声速确定出至障碍物的距离。如果超过了至障碍物的最小距离，那么评价单元9就发出相应的警告。为此评价单元9例如与显示单元10和/或与声发出单元11相连，优选与扬声器相连。

在图2中详细地示出了第一超声传感器41和第二超声传感器42。两个超声传感器41，42在此处示出的实施例中结构相同，但是出于更好的可安装性或与安装位置相匹配的原因，它们也可以具有结构上的不同。两个传感器具有传感器罐12。传感器罐12具有膜片13，其相对于汽车是向外指向的并且由此用于监测汽车周围环境。传感器41，42在此处示出的示例中通过传感器罐安装在前保险杠6中。此时传感器罐12和膜片13一起穿过分别为此设置的位于保险杠6中开口。膜片13通过压电变换器14激励而进行振动，从而发出超声信号。压电变换器14为此由电子单元15控制。电子单元15各具有计算单元16和存储器17。计算单元16通过接头18连接在数据母线8上。在一种发射运行方式中，通过电子单元15这样控制压电变换器14，使得膜片13发出超声信号。在一种接收运行方式中，超声信号可以激励膜片13，使得该激励传递到压电变换器14上。该激励被电子单元15检测到和由计算单元16加工处理。根据检测的信号来确定超声信号的接收。

对于测量运行，被发出的信号被在图2中没有示出的位于汽车外的外部障碍物反射和被传感器41，42重新接收。如果信号由第二超声传感器42发出，那么第一超声传感器不仅能够接收由障碍物反射的信号，而且声信号也在直接的路径上达到第一超声传感器41。因此由第二超声传感器产生的声信号也能够例如耦合到保险杠6中的超声传感器41，42的支撑结构中。该声通过保险杠6被继续引导到第一超声传感器41。该声用第一箭头19示于图2中。此外，声也直接通过空气从第二超声传感器42达到第一传感器41。该声用第二箭头20示于图2中。现在，如果第一传感器41作为接收器和同时第二传感器42作为发射器被接通，那么在第二传感器42发射出的信号被障碍物反射之前，第二传感器42发射出的信号达到第一传感器41，因为从第二传感器42到任何障碍物和再到第一传感器41的信号路径总是远于在第二和第一传感器之间的直接的声传导的距离。

但是，如果第一传感器41例如由于雪、冰、泥或类似物被弄脏或者被损坏，那么或者第一超声传感器41的膜片13不能够被激励进行振动或者在进行激励时，该激励有可能不能够被第一超声传感器41的电子单元15检测到。在这种情况下，障碍物反射的信号不能够或者至少不能可靠地被测量到，从而可能中断针对障碍物的警告。而且由第二超声传感器42向障碍物发出的超声信号也会没有被第一超声传感器检测到。

为了确定第一超声传感器41的功能，由评价单元9不仅向第二超声传感器42传递进行信号发射的信号，而且向第一超声传感器41传递进行信号接收的命令。第一超声传感器41现在接收从第二超声传感器42经路径19，20直接地，即没有在外部障碍物上反射地，传递的信号。被接收的超声信号由压电变换器14变换成电压信号。电压信号描述了例如在预先给定的时间窗口中膜片的谐振频率的被接收的超声信号的包络线的最大振幅。为了进行评价，在存储器17中存储了该电压信号的界限值。如果该测定的电压信号能够超过在存储器17中存储的界限值，则确定了传感器的功能。如果没有能够超过存储器17中存储的界限值，则超声传感器可能存在故障。存储器17中存储的界限值可以或者在存储器17本身中改变或者由计算单元16读出通过该计算单元16改变。该改变对照图3中示出的图形进行说明。

在图3中，检测阈值作为电压相对于X-轴31上的时间绘制在Y-轴30上。从第一时间点32的测量开始处出发，第一超声传感器41接通在接收模式中。第一时间点32此时与第二传感器42的超声信号的发射时间点相同或稍微在其之后。在对应于评价窗口33的第一测量间隔中，实施先前描述的超声传感器的功能检查。选择性地，此处接着是一个无效时间34，在该时间中第一传感器41的检测阈值被选择得如此高以至于没有任何被接收的信号能够被测定，因为所有可能的被接收的信号都位于在无效时间34中设置的检测阈值以下。在评价窗口33或无效时间34上连接的是实际的测量窗口35，在该测量窗口中第一传感器41接收第二传感器42的被外部障碍物反射回来的信号，以便能够从位于发射时间点和接收时间点之间的渡越时间中确定至外部障碍物的距离。对于该时间点用虚线示出了阈值曲线36，其例如与传感器至表面的距离、与传感器在汽车中的安装位置、与空气温度或者与汽车中的其它条件相匹配。优选地，测量曲线36在测量窗口35期间的变化独立于对用于接收由第二传感器42在评价窗口33期间直接传递的声信号的传感器进行功能检查的界限值。在一个第一实施例中，对于阈值曲线的变化在图3中示出了在评价窗口33期间恒定的界限值37。在评价窗口33期间，被接收的超声信号的振幅每次超过所示出的界限值时都在计算单元中产生第一传感器41在正常地运转的决定。如果界限值没有被超过，那么就确定出有故障。

界限值37的大小此时是可以变化的。在一个第一实施形式中，界限值的大小可以在安装传感器时或者在制造相应的测距装置时固定地写入存储器17中。界限值的大小在这种情况下特别是取决于传感器的安装位置并且与此相关地取决于传感器之间的距离或者角度。如果传感器的距离相当大，那么就选择较小的界限值。相反，当传感器相距较近时可以提高界限值，因为由于距离较小在两个传感器之间的信号可以用较大的振幅传递。除了界限值的大小还可以在安装时调节在评价窗口的第一时间点32和终点38之间的评价窗口的持续时间。此时一般通过尽可能不同的材料例如通过空气或通过保险杠7与声渡越时间相匹配。一般地，此时要考虑在两个超声传感器之间的距离为15至80cm。另外在图2中没有示出的用于声传感器的保持器所使用的材料和安装形式也会影响界限值的大小。如果例如在超声传感器和保险杠之间实现了良好的声耦合，则可以将界限值设置得高于在差的声耦合时的界限值。如果各超声传感器是相互指向的并且必要时通过合适的漏斗结构(Trichterkonstruktion)支持对超声信号进行聚焦，则同样可以提高界限值。如果超声传感器，特别是在凸形的保险杠情况下是相互背离地指向，则又要将界限值降低。此时也可能出现反向的效果，例如对于具有良好声传导的但是具有凸形设置的传感器的保险杠。在存在怀疑的情况下必须对界限值的大小凭经验进行检验，特别是在由汽车使用者自己进行的加装超声传感器时。

然而，除了在汽车上安装时或在以后进行的校准时静态确定各个传感器的界限值以外，也可以通过计算单元16考虑动态值。为此评价单元9优选连接到汽车数据母线21上，通过该母线例如可以评价外部温度或汽车速度。特别是在较高的速度时由于空气流的原因在传感器之间可能出现声传递干扰。该干扰例如在汽车前端处要强于汽车后端处。如果超过了预定的汽车速度，那么界限值37通过计算单元16随着汽车速度的上升而被降低。必要时可以对汽车前端和汽车后端设置不同的界限值。在另一种实施形式中，可以在速度过高或外部温度波动过大时暂停检查。

在一个第一实施形式中，用于整个评价窗口33的界限值可以恒定地改变，使得它例如被降低到恒定值39或者提高到恒定值45。但是在另一种实施形式中，也可以将评价窗口分段。此时界限值直到第二时间点46以前都高于在评价窗口33的第二时间点46和终点38之间的界限值。由此可以考虑在评价窗口的第一部分期间声信号由一个位于较近的其它超声传感器检测，在评价窗口33的第二部分期间超声信号由另一个相距更远的超声传感器接收。

如果在评价窗口期间没有检测到超过界限值，则可以在第一实施形式中给汽车1司机直接地发出至少一个超声传感器不正常运转的警告。但是在另一种实施形式中，首先将计算器向上计数，然后在再次接收到信号时将计算器计数清除。只有当在多次前后相随的测量后，例如10至25次测量，优选20次测量后，在评价窗口33期间没有测量到另一个传感器的任何信号时，才发出警告。由此避免了各单个的干扰测量导致的警告发出。

界限值在评价窗口33期间也可以表现为任意形状的曲线，取代恒定的界限值。

传感器优选地连接在它们可以相互检查的运转模式中。为此，首先将一个第一传感器作为反射器和一个第二传感器作为接收器接入。在接着的测量步骤中反向地进行检查，其中反射器和接收器被交换。如果有多个传感器，这些传感器也可以交替地检查。其它的附加检查可以通过自检进行，在自检中超声传感器按照直接反射信号模式运转和在自检中超声传感器重新接收自己发出的信号，该信号可能被障碍物反射或者至少被膜片13激发。

界限值的改变被储存在存储器17中。在一个第一实施形式中，适配的界限值在制造传感器时被写入存储器17中。但是在另一种实施形式中，界限值也可以通过评价单元9写入存储器17中。该过程可以结合界限值的自动确定来进行。此外界限值，其例如以电压值的形式被存储起来，也可以由使用者预先给定并且通过评价单元9传输到存储器。在行驶期间进行界限值匹配时可以由评价单元9向存储器17传递新的界限值。但是也可以向各个传感器传递修正信号，使得在测量期间计算单元16根据修正信号对储存在存储器17中的界限值进行修正。

Claims (10)

1.对具有至少两个超声传感器的测距装置的第一超声传感器进行功能检查的方法，其中由测距装置的第二超声传感器发出的信号没有在外部障碍物上反射地传导到第一超声传感器和其中在通过第一传感器接收由第二传感器发出的信号时确定第一传感器的正常运转，其特征在于，当被第一传感器接收的第二传感器的信号的振幅超过一个可以改变的界限值时则接收被确定。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一传感器中设有时间性的评价窗口，该评价窗口与第二传感器的发射过程相连并且在该评价窗口内被接收的信号的界限值必须被超过，以便确定第一传感器的正常运转。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述界限值在时间性的评价窗口的持续时间期间被改变。

4.按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，第一超声传感器和第二超声传感器安装在支撑结构上和声信号通过该支撑结构从第二超声传感器传递到第一超声传感器。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，在支撑结构中安装超声传感器时或安装支撑结构时确定所述界限值。

6.按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，根据汽车的测量值或汽车周围环境的测量值改变所述界限值。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据传感器的安装位置改变所述界限值。

8.按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，对于确定出传感器没有正常运转的情况，发出警告。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在做了多个前后相随的测量后确定了第一传感器没有正常运转时才发出警告。

10.测距装置，其具有至少两个超声传感器，该超声传感器这样安装，使得由一个第二传感器发出的超声信号可以没有在外部障碍物上反射地被一个第一传感器接收，其中在第一传感器(41)中设有用于振幅值(37)的可改变的存储器(17)和其中第二传感器(42)的没有在外部障碍物上反射地被接收的信号与被存储的振幅值(37)这样地进行比较使得只有在超过了存储的振幅值(37)时才确定为第一超声传感器(41)正常运转。

Images