CN103675822B - 耐用性提高的超声波系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于基于汽车的距离测量系统（10）的超声波传感器，包括温度传感器，其设置为测量所述超声波传感器（1）的温度。本发明还提出一种距离测量系统，其具有用于分析距离信号的控制仪、超声波传感器及在控制仪和超声波传感器之间的通信通道。此外，本发明提出一种汽车，其包括超声波传感器和/或前述距离测量系统。所述距离测量系统和所述汽车在这里都具有根据本发明提出的超声波传感器。

Description

耐用性提高的超声波系统
技术领域
本发明涉及一种超声波系统，例如现有技术中很久以来就已知的停车距离控制装置。
背景技术
超声波传感器的功能常常基于反射波探测原理，即它不仅作为发射机工作，还作为接收机工作。在这里，控制仪向超声波传感器(超声波发射接收机)发射指令。此外在这个接收时间期间，在设置连接中不控制相邻的传感器。现在根据反射原理进行距离测量。超声波经过的行程对应每个传感器和也许存在的障碍物之间的两倍距离，发出的超声波信号在障碍物上反射。在传感器中，模拟信号的幅值与阈值(所谓的比较阈值)比较。如果对应反射信号的模拟信号低于所述阈值，则所属数字信号等于传感器电压供应(高)。如果所属模拟信号超过所述比较阈值，所述数字信号代替传感器值(低)。从电压级的这个代替推论接收的反射波。在传感器中，所述比较阈值(对应传感器的灵敏度)根据反射波的运行时间进行调整。这是需要的，以便通过提高的探测灵敏度考虑因为提高的运行距离而减小的反射波信号幅值。灵敏度的时间变化曲线命名为特性曲线，并且保存在系统内部。它可由控制仪编程到传感器中并且在需要时改变它。如众所周知的，超声波传感器的灵敏度根据环境温度和空气湿度变敏感。两个值影响在环境中波的吸收和因而提高反射波的幅值。为了使所述灵敏度不依赖于这些值而尽可能地保持恒定，目前，汽车的空气温度信号(例如来自发动机控制器或组合仪器)通过总线系统(例如CAN-或LIN总线)，提供给停车辅助控制仪。对于空气湿度而言，具有很少例外，已知能够不使用连续汽车中的传感器。如果通告空气温度传感器的确定的温度范围，则所属的、存储在控制仪中的特性曲线通过所述控制仪选择并且编程到超声波传感器中。尤其对于反射波运行时间(例如，对于当时最大的有效半径约4.5m)，传感器灵敏度随空气温度的这种跟踪有益于计算结果。然而，通过汽车CAN提供的中心测定温度信号通常只是外部空气温度的标准值，它通过另一控制仪的过滤和滞后处理。此外，超声波传感器的灵敏度不仅依赖于空气温度，还依赖于超声波传感器的温度或在超声波传感器中包含的变换器的温度，因为确定的传感器模块本身固有一温度相关性。在现有技术中，在通过控制仪选择适当的特性曲线的过程中，从超声波传感器具有与环境空气几乎相同的温度出发。然而，在保持相同的空气温度和更长的发动机运行时间时，阻塞在发动机附近的传感器比背离发动机的、布置在汽车冷却侧的传感器更温暖。基于已知的空气温度测量值的特性曲线转移在这种情形下能够不考虑另外的传感器温度。因此，所述更温暖的传感器的灵敏度显著降低，但这通过选择合适的特性曲线平衡。在这里，在传感器加热40°时，例如探测区域通过另外的传感器温度在没有改变的灵敏度特性曲线从距离圆形支柱形式的障碍物大约1m减小到80cm。对行车安全的影响明显提高。还有当汽车在冬天从供暖的车库行驶到道路上时，已知的系统仅仅考虑环境空气的空气温度而可能产生不利的结果。按照空气温度的这种陡降，现有技术的系统立即载入敏感度的特性曲线。然而，传感器在从供暖的车库驶出时仅仅延迟地变冷。对应地，它的灵敏度只是慢慢降低。在与因环境温度而载入的特性曲线相关联中，许多干扰反射波是因传感器的超灵敏度而产生的结果。
发明内容
本发明的任务在于克服前述缺点。
前述任务根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的、用于基于汽车的距离测量系统的超声波传感器解决。在本发明的框架下，超声波传感器应理解为这样的一种装置：它能够将超声波信号发射到环境中并且同时或者接着从环境中接收超声波信号并转换成电信号。因而在本发明的框架下，超声波传感器也可称作超声波发射接收器。所述基于汽车的距离测量系统可包括一个或多个这种超声波传感器并且设置为向所述系统的使用者和/或汽车驾驶员以视觉方式和/或以听觉方式告知他的汽车距离环境障碍物的距离。优选地，根据本发明的超声波传感器也可用在所谓停车导向系统中，设置计算距离测量信号和独立(自动)引入与控制汽车运动。根据本发明，所述超声波传感器包括温度传感器，可布置为例如汽车的保险杠内部的构件。所述温度传感器此时设置为测量所述超声波传感器本身的温度并且提供关于超声波传感器的温度的计算结果。根据本发明设置的温度传感器因而不同于现有技术中熟知的装置，它不测量汽车周围的空气的温度，而是测量所述超声波传感器的至少一个部件的温度，例如声变换器和/或提供计算和进一步处理超声波信号的其他部件。
从属权利要求给出本发明的优选改进方案。
优选地，所述温度传感器可包括在超声波传感器中的pn结。所述pn结(例如形式为半导体元件，如二极管和/或三极管)在这里可通过一个稳定电流或稳定电压供给电能，从而它的导电率与温度的相关性借助电状态得出它的温度的结论。进一步优选地，pn结可存在于ASIC(专用集成电路)中，设置成产生和/或计算超声波信号和/或实施与汽车环境的总线通信。
进一步优选地，所述超声波传感器可配属与温度相关的敏感度特性曲线，借助它确定在传感器信号中用于识别反射波的阈值。因而依赖于温度，确定各自所属总反射波级作为阈值，大于阈值即可推出变换信号中存在反射波。备选地或补充地设置特性曲线族，其中，依据所述超声波传感器的或者它的部件的频率和温度预定义多个阈值。所述敏感度特性曲线或者特性曲线族能够存储在所述超声波传感器内部的存储器中和/或在通告超声波传感器的确定的温度值时通过控制仪发射到各超声波传感器上。因此，在控制仪内部设置相应的存储设备，特性曲线或特性曲线族存储在该存储设备中。在在总线系统上的数据传输保持很小的第一可能性的情况下，通过第二可能性，安装在超声波传感器内部的存储设备的容量可以是很小的。
进一步优选地，根据本发明的超声波传感器包括另一温度传感器，它设置为测定环境空气温度和提供对其进一步加工。备选地或补充地，所述温度传感器布置在所述超声波传感器内部，以使得能够不仅测定所述超声波传感器的温度而且测定环境空气温度的典型测量值。例如，这种传感器具有面向超声波传感器的传感器头部，借助传感器头部测定所述环境空气温度；和包括第二传感器头部或所述超声波传感器内部的传感器区域，借助它可测定所述超声波传感器的部件的温度。以这种方式得到许多可能性，测定的温度值彼此相对地合理化和预测超声波传感器温度的预期发展。
进一步优选地，根据本发明的超声波传感器包括通信接口，设置为提供所述超声波传感器的温度和/或汽车连接结构内部的部件的温度。这能够使用缆线连接或无线地实现。例如，所述通信接口在这里用于对脉码调制和/或脉宽调制进行信息编码。两种通信方法相对于各通信载波上的信号干涉提供高的安全性。
在这里，所述超声波传感器设置为在预定义的时间间隔(周期的)中发射代表当前温度的数据记录或者关于温度的变化以便使确定的数量干涉这种通信。以这种方式构成控制事故地使用通信通道内部的数据通信并且以这种方式避免不必要的数据交流。
特别地，控制区网络(CAN)总线用作通信通道，其中，所述通信接口包括一个所谓的CAN控制器。就作为CAN而言，汽车部门中当时继续扩展的通信标准在使用根据本发明的、具有CAN接口的超声波传感器时建议高的集成潜力和节约成本。
同样，在汽车部门的进一步扩展的是LIN(局域网)作为通信标准。这个总线接口同样非常良好地适合作为控制仪和超声波传感器之间的成本适宜的通信通道。
根据本发明的另一方面提供一种距离测量系统，包括控制仪，用于分析距离信号，以及如在上述不同设计方案中所讨论的一个或多个超声波传感器。根据本发明的距离测量系统还包括所述控制仪和超声波传感器之间的通信通道，其设置为转换关于距离测量和/或温度，尤其是传感器温度。换句话说，所述控制仪设置为一方面提供发射的超声波信号，另一方面，计算接收的反射波。备选地或补充地，所使用的超声波传感器还可包括计算逻辑电路，因而这个完成的解释(数字)信号通过所述通信通道发射到所述控制仪上。根据本发明现在进一步设置，通过所述通信通道也能够使关于传感器温度和/或环境空气温度的信息或信号到达所述控制仪上和也许存储在控制仪中的特性曲线通过通信通道发射到根据本发明的超声波传感器上以对它进行校正。这样构成的距离测量系统相对于使用依据温度敏感度波动的超声波传感器提供提高的耐用性。
根据另一方面提出一种汽车，包括一个上面讨论的超声波传感器和/或以前讨论的距离测量系统。通过更好地考虑依据温度的敏感度波动，这样设置的汽车提供相对于与汽车周围的物品和/或人员不期望的碰撞提高的驾驶安全性。
附图说明
下面将参照附图更详细地阐明本发明的实施例。在附图中：
图1示出根据本发明的超声波传感器的实施例的示意图，图解地说明在超声波传感器内部的部件；
图2示出根据本发明的距离测量系统的实施例，和
图3示出根据本发明的实施例的电开关，根据本发明设置为实现超声波传感器内部的温度测量。
具体实施方式
图1示出超声波传感器1的示意图，其中，根据本发明的温度传感器2设有微控制器3作为超声波信号和温度信号的计算单元。利用微控制器3，还设有存储器4作为存储设备以保存特性曲线和特性曲线族用于在不同温度值上校正超声波传感器。通过连接导线6，设置在超声波传感器1内部的通信接口7接收(图1中未显示的)中央控制仪发射的超声波信号并且传递到微控制器3上。微控制器3可包括例如接收电路及发射增强器，通过它可将发射的信号发射到薄膜5上或者由薄膜5接收和整理。超声波传感器1所示出的部件可例如布置(例如注入)在塑料壳体中，由此超声波传感器1的本体相对于环境空气的温度波动具有热滞后。因此，温度传感器2发出的温度信号尤其在环境温度变化的情况下可能是明显不同于环境空气温度返回的温度信号。
图2示出距离测量系统10，其中，在图1中详细示出的超声波传感器1通过作为总线系统的连接导线6相互连接。控制仪8构成所示出的距离测量系统10的主要机构。在控制仪8中，所述距离测量系统预存信号波形，通过一个或多个超声波传感器1辐射到环境中。控制仪8的作用确定所发射的信号到达超声波传感器1上的反射波的反作用，反射波通过连接导线6到达控制仪8，这预定义适用于对应距离测量信号的情形。为了通过连接导线6通信，连接导线6例如实施为CAN总线或LIN总线，超声波传感器1以及控制仪8分别包括CAN控制器或LIN控制器，以便通过连接导线6通信。
图3示出适用于电工技术实现超声波传感器1中温度传感器2的电路图。也就是说，所示电路100包含在从图1已知的温度传感器2的内部。在电路100中，三极管11构成适用于pn结的实例，借助于三极管11可测量超声波传感器1内部的温度。因此，三极管11通过供给电压14和电源13供给稳定电流12。三极管11的集电极和基极相互短路。三极管11本身实施为NPN三极管。通过三极管11的电流电压此时依赖于温度，因而电压测量可提供等价于超声波传感器温度的测量值。对此应用例如等式
UFluss＝U0-1.7mV/K*(T-300)
式中，U0是依赖于所使用的半导体的稳定电压值，约0.7V。这个等式能够在测量电流电压UFluss时按照T解出，以便保存所述pn结的当前温度值。通过电阻15和16以及运算放大器17，运算放大器17供给参考电压18，变化的电压通过三极管11转换成对应下游的模拟/数字(A/D)变换器19计算值的值域。它的输出信号20由ASIC的(未示出的)流序控制系统接收并且以适当的形式通过图1中示出的通信接口7转达给图2中示出的控制仪8。
本发明的核心构思在于汽车环境的空气温度和布置在汽车中的超声波传感器之间的差异的解出方式是设置温度传感器，其设置为测定超声波传感器本身的温度和在选择适用于校正超声波传感器的特性曲线或特性曲线族时考虑它。
还如果根据与附图关联地说明的实施例详细地阐明本发明的方面和有利的实施例，在不超出本发明的范围的前提下，专业人员可能修改和组合所示实施例的特征，本发明的范围是指所附权利要求书定义的保护范围。

Claims (15)

1.用于基于汽车的距离测量系统(10)的超声波传感器，包括温度传感器(2)，所述温度传感器(2)设置为测量所述超声波传感器(1)的温度，其特征在于，所述温度传感器包含在所述超声波传感器的内部并且测量所述超声波传感器本身的温度，所述温度可在选择用于校正超声波传感器的特性曲线或特性曲线族时使用。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述温度传感器(2)包含在超声波传感器(1)中的作为电流供给源和/或电压供给源的pn结。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，对所述超声波传感器(1)配设依赖于温度的敏感度特性曲线，用于校正所述超声波传感器(1)的计算值。
4.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，对所述超声波传感器(1)配设依赖于温度和频率的特性曲线族，用于校正所述超声波传感器(1)的计算值。
5.根据权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，所述敏感度特性曲线和/或特性曲线族存储在超声波传感器(1)内部的存储设备(4)中。
6.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述特性曲线族存储在超声波传感器(1)内部的存储设备(4)中。
7.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述温度传感器(2)设置为附加地测量空气温度和/或为此目的在超声波传感器(1)中设置另一温度传感器(2)。
8.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器还包括通信接口(7)，其设置为通信超声波传感器(1)的温度和/或空气的温度。
9.根据权利要求8所述的超声波传感器，其特征在于，所述通信接口(7)设置为在应用脉码调制和/或脉宽调制时通信超声波传感器(1)的温度和/或空气的温度。
10.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器设置为周期地或在改变预先确定的温度差时，发射代表当前温度的消息。
11.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器设置为通过CAN总线(6)和/或LIN总线进行通信。
12.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于，所述pn结在ASIC和/或三极管(11)中。
13.距离测量系统，包括：
-控制仪(8)，用于分析距离信号，
-根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(1)，和
-在所述控制仪(8)和超声波传感器(1)之间的通信通道(6)，其设置为传输关于距离测量的信号和/或温度的信号。
14.根据权利要求13所述的距离测量系统，其特征在于，所述温度是传感器温度。
15.具有根据权利要求1至12中任一项所述的超声波传感器和/或根据权利要求13或14所述的距离测量系统(10)的汽车。
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