CN104471438B - 用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的装置和方法 - Google Patents

用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的装置和方法 Download PDF

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Abstract

在一种用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的方法和装置情况下，在由数据总线的至少一个超声波发射器用户将包括多个超声波脉冲的、带有突发长度的突发发射信号发出之后，由数据总线的至少一个超声波接收器用户接收超声波接收信号。将超声波接收信号划分为时间区段，其基本上等于突发长度的一半。在超声波接收信号的每个时间区段将峰值通过数据总线传输给中央控制及评估单元。在控制及评估单元中,借助每个时间区段超声波接收信号的峰值在考虑阈值跟踪的情况下确定是否超声波接收信号具有如下时间区段：在所述时间区段中超声波接收信号大于或者等于所跟踪的阈值。

Description

用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物 的距离的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的方法和装置。
背景技术
这种装置也称为停车距离控制(PDC)系统，并且用作在停泊车辆时的辅助装置。这种系统具有多个超声波发生器和超声波接收器，其中可以分别将超声波发生器和超声波接收器集中为一个超声波换能器地实施。当所发射的超声波信号被车辆附近的监控范围中在可预先给定的安全距离内的障碍物或者物体所反射时，可以在所接收的信号中检测到回波。然而回波检测并不是明确的，其与散射、干扰以及噪声信号成份关联。对于是否接收到回波的判定通常借助接收信号与阈值的比较来进行。合乎目的的是，自动进行阈值计算并且相应地跟踪阈值。这种阈值跟踪和计算例如在DE-C-197 21 835中进行了描述。
阈值计算和跟踪的计算强度比较大。需要积累大量的数据。通常，多个超声波换能器通过数据总线系统与中央控制单元连接。阈值跟踪和计算相应地意味着必须通过数据总线发送和接收比较大的数据量。然而，这以高效率的并且由此比较昂贵的数据总线为前提。而如果想使用简单的数据总线，则必须将用于阈值跟踪和计算的接收信号处理分散地在每个参与设备中、即在每个超声波换能器后接的电子设备中进行。这又同样是复杂的。
由EP-A-2 081 052已知了一种用于在行驶车辆的周围识别车辆的检测装置和检测方法。在此，尤其是要监控“死角”的范围。对于已知检测装置的功能可靠性而言，连续地监控所使用的超声波发射器和接收器具有重要意义。由这些功能元件所检测的信号受到周期性的或者抽样式的连续比较。在这些功能元件之一的信号中断时，将相应的参数给定从其发射/接收范围调节到要检测的车道地面，更确切地说，使得相关的功能元件在良好工作的情况下强制性地被设置用于接收通过车道路面的信号反射。由此，通过来自进行测量的传感器或者功能元件的信号的相关而给出了盲识别。在该已知的方法中，各功能元件通过数据线路与控制设备连接。关于数据的结构化，在上述文献中并未进一步说明。
DE-A-10 2010 033 213描述了一种用于评估超声波传感器的信号来进行环境检测的方法和装置。在此，多个超声波发射器和接收器与中央单元连接。传感器根据回波信号序列的时间间隔而识别出对应的簇(Cluster)，以便随后将这些簇信息传输给中央单元。
由USA-4 975 889公开了另一种用于距离测量的超声波测量装置。
发明内容
本发明的任务是，实现一种用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的方法和装置，其中要进行自动的阈值计算和跟踪，然而其中要使用简化的硬件部件。
为了解决该任务，借助本发明提出了一种用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的装置，其中该装置设置有：
-数据总线，用于在至少一个超声波发射器用户、至少一个超声波接收器用户和中央控制及评估单元之间传输有用数据和控制数据，所述中央控制及评估单元用于控制所述至少一个超声波发射器用户和所述至少一个超声波接收器用户以及用于在跟踪阈值的情况下进行对超声波接收器-用户的接收信号的评估：是否该接收信号在至少一个时间区段中大于或者等于所跟踪的阈值，尤其是如果在能预先给定大小的距离范围内存在这种障碍物时，用于确定距障碍物的距离，
-其中超声波发射器-用户具有超声波发生器，用于发出具有多个超声波脉冲的突发发射信号(Burst-Sendesignals)，该突发发射信号具有突发长度，以及
-其中超声波接收器-用户具有超声波接收器，用于接收在障碍物上反射的突发发射信号作为超声波接收信号，以及具有信号处理单元，用于处理从开始发射超声波突发发射信号起被划分为单个时间区段(所谓的单元(Zellen))的、被超声波接收器接收的接收信号，其中所述时间区段具有基本上与突发长度的一半相同的长度。
在该装置中，根据本发明设计了，
-信号处理单元每个时间区段地确定接收信号的峰值，
-所述至少一个超声波接收器用户通过数据总线将接收信号的时间区段的峰值传输给中央控制及评估单元，以及
-控制及评估单元借助由所述至少一个超声波接收器-用户通过数据总线获得的峰值，尤其是为了确定距潜在障碍物的距离而确定是否接收信号在所述时间区段的至少之一中大于或者等于所跟踪的阈值。
为了解决上述任务，根据本发明也提出了一种用于产生和评估超声波信号、尤其是用于确定车辆与障碍物的距离的方法，其中在该方法中，
-在由数据总线的至少一个超声波发射器-用户将包括多个超声波脉冲的、带有突发长度的突发发射信号发出之后，由数据总线的至少一个超声波接收器-用户接收超声波接收信号，
-将超声波接收信号划分为时间区段，其基本上等于突发长度的一半，
-在超声波接收信号的每个时间区段将峰值通过数据总线传输给中央控制及评估单元，以及
-在控制及评估单元中,借助每个时间区段超声波接收信号的峰值在考虑阈值跟踪的情况下确定是否超声波接收信号具有如下时间区段：在所述时间区段中超声波接收信号大于或者等于所跟踪的阈值。
具体实施方式
根据本发明有意义地设计了，自动的阈值计算和跟踪中央地在控制及评估单元中进行，该控制及评估单元通过数据总线与超声波发射器用户以及超声波接收器用户连接。每个超声波发射器用户具有超声波发生器用于发出具有多个超声波脉冲的、带有突发长度的突发发射信号。每个超声波接收器用户设置有用于接收超声波信号的超声波接收器。该超声波接收信号例如是在障碍物上反射的突发发射信号，其由超声波发射器用户发射。在超声波接收器之后接有信号处理单元用于处理所接收的超声波信号。在此，所接收的超声波信号被划分为单个的时间区段(所谓的单元)，其基本上等于突发长度的一半。接收信号的该划分随着超声波突发发射信号的开始发射而进行。
根据本发明，现在减少了从超声波接收器用户至控制及评估单元的数据传输。每个超声波接收器用户于是基本上每个单元仅仅发射接收信号的峰值。每个单元的峰值足以用于在控制及评估单元中进行自动的阈值计算和跟踪。
借助减少的数据量，于是根据本发明可能进行自动的阈值计算和跟踪。由此，本发明提供了如下可能性：将回波数据在形成的同时进行传输，并且在外部并且没有明显损耗地进行处理。在超声波接收器用户IC中的阈值计算情况下，可以放弃大规模的缓存器。于是，本发明利用了基于尽可能小的数据量的阈值跟踪和计算，该数据量由超声波接收器用户传输并且在评估超声波接收信号之后传输。这种阈值计算和跟踪尤其是在如下方面是有意义的：现在在强烈变化的环境条件情况下(地下车库、空旷场地)也可能可靠地检测在较大距离上的物体。
在本发明的有利的改进方案中设计了，所述至少一个超声波接收器用户的信号处理单元每个时间区段也确定接收信号的平均值，并且所述至少一个超声波接收器用户也将每个时间区段的平均值通过数据总线传输给控制及评估单元。通过每个时间区段、即每个单元附加地传输接收信号的平均值，可以更精确地进行自动地阈值计算和跟踪。因为现在接收信号的每个时间区段传输平均值，所以控制及评估单元可以由这些平均值计算其所有时间区段上的接收信号的平均值。该计算又可以进入到自动的阈值计算和跟踪中。
合乎目的的是，在数据总线上连接有多个超声波发射器用户和多个超声波接收器用户。
如上面已经提及的那样，所述至少一个超声波发射器用户和所述至少一个超声波接收器用户或者由超声波发射器用户和超声波接收器用户构成的一对可以分别被设计为数据总线的共同的用户，其中超声波发生器和超声波接收器构建为超声波换能器形式的单元。
此外可能的是，多个超声波接收器用户连接到数据总线上，其中超声波接收器-用户的数量大于或者小于超声波发射器用户的数量。
最后在本发明的另一扩展方案中设计了，控制及评估单元借助通过数据总线接收到的、所述至少一个超声波接收器用户的接收信号的峰值以及必要时每个时间区段的平均值来检测潜在的回波，并且借助在超声波突发发射信号的开始发射与出现回波之间的持续时间来确定距潜在的障碍物的距离。
在带有例如数据总线以及连接到该数据总线上的多个超声波接收器用户的IC的系统的情况下在已知的用于自动的阈值产生以及跟踪的方法中，将测量范围划分为单个的区段(所谓的单元(Zellen))，这意味着，超声波接收信号被划分为这些时间区段。时间区段或者单元具有的长度基本上等于一半的脉冲(突发)长度。区段的大小对应于两个回波信号的分辨率。为了计算在单元X的范围中的阈值，在现有技术中考虑在所观察的单元左边和右边的单元中的接收信号的变化曲线。对于所有已知方法而言共同的是，其考虑在单元中接收信号的平均值。
本发明的方法与现有技术的区别在于，在计算中并不一定考虑平均值。为了确定是否存在回波，将这样计算的阈值与回波信号进行比较。回波信号为此必须被缓存。实验表明，在实践中仅仅考虑每个单元的回波信号的峰值是完全足够的。虽然位置分辨率略微降低，然而保证了没有回波丢失，即识别出全部回波。回波信号本身在其主要的组成部分中(尤其是关于其信号幅度而言)通过每个单元的峰值被正确地再现。通过进一步放弃位置分辨率(其在布置于远处的、还要检测的物体情况下是合理的)，可以通过增大单元来进一步减少每个接收信号的数据量。

Claims (12)

1.一种用于产生和评估超声波信号的装置，该装置带有：
-数据总线，用于在至少一个超声波发射器用户、至少一个超声波接收器用户和中央控制及评估单元之间传输有用数据和控制数据，所述中央控制及评估单元用于控制所述至少一个超声波发射器用户和所述至少一个超声波接收器用户以及用于在跟踪阈值的情况下进行对超声波接收器用户的接收信号的评估：是否该接收信号在至少一个时间区段中大于或者等于所跟踪的阈值，以在能预先给定大小的距离范围内存在这种障碍物时确定距障碍物的距离，
-其中超声波发射器用户具有超声波发生器，用于发出具有多个超声波脉冲的突发发射信号，该突发发射信号具有突发长度，以及
-其中超声波接收器用户具有超声波接收器，用于接收在障碍物上反射的突发发射信号作为超声波接收信号，以及具有信号处理单元，用于处理从开始发射超声波突发发射信号起被划分为单个时间区段的、被超声波接收器接收的接收信号，其中所述时间区段具有基本上与突发长度的一半相同的长度，
其特征在于，
-所述信号处理单元每个时间区段确定接收信号的峰值，
-所述至少一个超声波接收器用户通过所述数据总线将接收信号的时间区段的峰值传输给中央控制及评估单元，以及
-控制及评估单元借助由所述至少一个超声波接收器用户通过数据总线获得的峰值来确定：是否接收信号在时间区段的至少之一中大于或者等于所跟踪的阈值，以确定距潜在的障碍物的距离。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个超声波接收器用户的信号处理单元每个时间区段也确定接收信号的平均值，并且所述至少一个超声波接收器用户也将每个时间区段的平均值通过所述数据总线传输给所述控制及评估单元。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在所述数据总线上连接有多个超声波发射器用户和多个超声波接收器用户。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个超声波发射器用户和所述至少一个超声波接收器用户或者由超声波发射器用户和超声波接收器用户构成的一对分别被设计为所述数据总线的共同的用户，其中超声波发生器和超声波接收器构建为超声波换能器形式的单元。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，多个超声波接收器用户连接到所述数据总线上，其中超声波接收器用户的数量大于超声波发射器用户的数量。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制及评估单元借助通过所述数据总线接收到的、所述至少一个超声波接收器用户的接收信号的峰值以及每个时间区段的平均值来检测潜在的回波，并且借助在超声波突发发射信号的开始发射与出现回波之间的持续时间来确定距潜在的障碍物的距离。
7.一种用于产生和评估超声波信号的方法，其中在该方法中，
-在由数据总线的至少一个超声波发射器用户将包括多个超声波脉冲的、带有突发长度的突发发射信号发出之后，由数据总线的至少一个超声波接收器用户接收超声波接收信号，
-将所述超声波接收信号划分为时间区段，其基本上等于突发长度的一半，
-在超声波接收信号的每个时间区段将峰值通过数据总线传输给中央控制及评估单元，以及
-在所述控制及评估单元中,借助每个时间区段超声波接收信号的峰值在考虑阈值跟踪的情况下确定是否所述超声波接收信号具有如下时间区段：在所述时间区段中超声波接收信号大于或者等于所跟踪的阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个超声波接收器用户的信号处理单元每个时间区段也确定接收信号的平均值，并且所述至少一个超声波接收器用户将每个时间区段的平均值通过所述数据总线传输给所述控制及评估单元。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，在所述数据总线上连接有多个超声波发射器用户和多个超声波接收器用户。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个超声波发射器用户和所述至少一个超声波接收器用户或者由超声波发射器用户和超声波接收器用户构成的一对分别被设计为所述数据总线的共同的用户，其中所述超声波发生器和超声波接收器构建为超声波换能器形式的单元。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，将多个超声波接收器用户连接到所述数据总线上，其中超声波接收器用户的数量大于超声波发射器用户的数量。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制及评估单元借助通过所述数据总线接收到的、所述至少一个超声波接收器用户的接收信号的峰值以及每个时间区段的平均值来检测潜在的回波，并且借助在超声波突发发射信号的开始发射与出现回波之间的持续时间来确定距潜在的障碍物的距离。
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