CN104871030A - 用于确定机动车辆的超声波传感器可靠性的方法、控制单元、超声波传感器、超声波传感器装置和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定机动车辆(1)的超声波传感器(4)的真实性的方法，该超声波传感器通过机动车辆(1)的控制单元(3)促动，所述方法特征在于包括以下步骤：从控制单元(3)传输数据组到超声波传感器(4)，通过超声波传感器(4)使用所述数据组进行预定计算，并且将计算结果传输到控制单元(3)，和比较接收的结果和希望的结果，并且通过控制单元(3)根据所述比较确定超声波传感器(4)的真实性。

Description

用于确定机动车辆的超声波传感器可靠性的方法、控制单元、超声波传感器、超声波传感器装置和机动车辆

技术领域

本发明涉及用于确定机动车辆的超声波传感器的可靠性的方法，该超声波传感器通过机动车辆的控制单元促动。而且，本发明涉及用于促动超声波传感器的控制单元、用于机动车辆的超声波传感器、超声波传感器装置以及机动车辆。

背景技术

用于机动车辆的超声波传感器装置已经为现有技术。已知将多个超声波传感器安装在机动车辆的前和后保险杠上。通过超声波传感器，可由此测量距离位于机动车辆周围环境中的障碍物的距离。一个这样的装置在现有技术中也被称为“停车辅助装置”。

如众所周知的，超声波传感器发射超声波，并且接收被反射的超声波，即被发射并且被在周围环境中被反射的超声波的至少一部分。薄膜，通常为铝，其通过压电元件被激发机械振动，被用于发射和接收超声波。在接收被反射的超声波时，压电元件提供电接收信号(电压)，该信号然后被分析。如果在接收信号中检测到目标回声，则可从信号的传输时间确定距离障碍物的距离。

超声波传感器通过电子控制单元在机动车辆中被促动。控制单元确定超声波被发射用于此的时间点。控制单元通常还使用电接收信号计算距离障碍物的距离。关于一方面超声波传感器和另一方面控制单元之间的通信，原则上可提供两个选择：一方面所述通信可通过单独的数据线进行，其中专用数据线与每一个传感器相关联，将所述传感器连接到控制单元。根据第二选择，所有超声波传感器可通过共用通信总线联接到控制单元。例如，使用LIN总线。与拓扑形式无关，数据通信根据主从原理进行。这意味着控制单元为主设备，而超声波传感器为从设备。每一次通信由主设备初始化，而从设备仅可进行响应。

在超声波传感器装置的制造过程中或开发过程中，超声波传感器可与控制单元相匹配，以使传感器和控制单元之间的通信可没有错误地进行。已经发现，超声波传感器装置的零件，即特别地超声波传感器自身可能总是发生由未经授权的部件替代的情况。所述部件不再设计为使得总是确保超声波传感器装置无故障操作。特别地，所述部件不利地影响系统性能，并且由此影响例如响应时间。整个系统的所需的稳定性由此不再存在，并且在最坏的情况下，距离也被不准确地确定，这可能导致潜在的风险。因而期望，如果有可能，检测这样的外来部件，并且例如立即关闭超声波传感器装置，以特别地避免冲突。可能的技术方案可以是例如包括在超声波传感器和控制单元之间以编码形式传输信息。但是这样的方式不是很容易成为可能的，因为所使用的通信协议，即用于直接连接的简单协议或常用的访问总线协议(例如LIN)。事实上所述通信协议不提供用于编码数据传输的标准。

发明内容

本发明的目的是提出一种技术方案，关于可怎样通过控制单元使用上述类型的方法查看超声波传感器的真实性，而无需大的成本，并且特别可靠。

所述目的根据本发明通过具有根据相应独立权利要求的特征的方法、控制单元、超声波传感器、超声波传感器装置以及机动车辆实现。本发明的有利实施例是从属权利要求、说明书和附图的主题。

根据本发明的方法被用于确定机动车辆的超声波传感器真实性。这特别地意味着确定是否超声波传感器是由与控制单元相同的制造商制造并且因而能够实现整个装置可靠操作的传感器。该超声波传感器通过机动车辆的电子控制单元促动。预定的数据组被从控制单元传输到超声波传感器。超声波传感器由此根据数据组进行预定可靠性计算，并且将所述计算的结果传输到控制单元。控制单元比较接收的结果和目标结果，并且根据所述比较确定超声波传感器的真实性。

超声波传感器的可靠性因而通过传感器使用从控制单元传输的并且因此初始地仅由控制单元已知的数据组执行限定的计算，并且将所述计算结果以对于控制单元已知的形式传输回到控制单元来查看。由于计算算法和数据组和/或预备的目标结果也存在于控制单元中，因此控制单元可比较接收的结果与目标结果，并且根据所述比较可确定是否传感器的传输结果正确。这能够实现可能使整个超声波传感器装置的正常操作劣变的超声波传感器被检测到。在这样的传感器被检测到之后，控制单元可输出故障信息，并且可例如关闭整个超声波传感器装置。

该提到的数据组优选地仅永久地存储在控制单元中(并且不在超声波传感器中)，例如存储在非易失存储器中。在数据组传输到超声波传感器之后，该数据组优选地仅暂时地存储在超声波传感器中。因此，数据组原则上对于超声波传感器自身不是已知的，并且对于超声波传感器仅可获得有限的时间段。这确保仅“真实的”超声波传感器可向控制单元传输计算的正确结果。而且，所述实施例具有这样的优点，即多个相似的超声波传感器可被提供用于机动车辆，并且数据组可被以传感器指定方式从控制单元传输，因此不同的数据组被传输到不同的传感器。传输的数据组可因而还根据机动车辆中的超声波传感器的位置来选择，这在进行距离测量时，如果数据组包含用于超声波传感器的操作中的数据值则证明特别有利。

在一个实施例中，数据组因而包括在超声波传感器的用于通过超声波传感器进行距离测量的操作过程中使用的数据值。因而数据组可作为用于预定可靠性计算的基础被传输到超声波传感器，其包括在超声波传感器的操作过程中已经要求的并且对于超声波传感器已经通常可用的数据值。因而不需要提供具有与存储器空间相关联的缺点的另外的数据组。而且，所述实施例还具有这样的优点，即在进行距离测量时在超声波传感器的操作过程中使用的数据值通常对于每一个机动车辆或对于机动车辆的每一个型号或每一个型号系列以指定方式确定，因此所述数据值对于不同的机动车辆是不同的。这在检查超声波传感器的真实性时确保附加的安全性和附加的可靠性。

已经证明，如果数据组包括阈值是有利的，电接收信号在超声波传感器的操作过程中被与该阈值进行比较。该电接收信号，如已经说明的，根据接收的超声波，即通过压电元件提供。电接收信号(特别是在该接收信号滤波之后的其输入形式)通常被与存储的阈值相比较，该阈值整体形成取决于距离或取决于传输时间的阈值函数。如果接收信号的大小超过所述阈值函数，则仅检测到周围环境中的目标回声以及因而检测到目标物体。因而不是从实际目标物体，而是从地面产生的目标回声可被屏蔽。现在提出还使用从控制单元传输到超声波传感器的阈值作为用于预定真实性计算的基础。由于提到的阈值函数通常包含多个这样的阈值(通常12个阈值，在从0到31的每一个值区间中)，因此计算可基于所述阈值进行，特别难模仿。仅举个例子，此时需提到计算算法，通过该计算算法，传输的阈值被交替地增加或减去。

该数据组(特别地是阈值)优选地对于机动车辆的每一次起动，即每一次发动机使用相关联的车辆钥匙或相应的点火下压按钮开关被起动时，被传输到超声波传感器。该数据组(特别地是控制值)由此仅暂时地存储在超声波传感器中，并且在机动车辆关闭时被再次清除。超声波传感器的鉴别可因而在机动车辆每次起动时被进行，因此关于对于每一次起动是否任何不期望的部件已经被安装进行查看。

超声波传感器优选地自动地并且直接地基于来自控制单元的数据组或甚至另外的控制信号进行预定计算。控制单元可因而原则上在任何时间点输出控制信号，超声波传感器基于该控制信号进行关于数据组的预定计算，并且将所述计算的结果传输到控制单元。

如果预定计算通过超声波传感器根据超声波传感器的传感器指定传感器参数进行，则导致超声波传感器的鉴别过程中的附加的安全性或模仿指定计算算法的附加的难度。除了传输的数据组，在计算算法过程中，传感器参数因而被计入，代表超声波传感器的各自或指定参数，并且因而与其他传感器的参数值不同。计算结果因而根据传感器参数的相应瞬时值而变化，因而特别难将计算算法解码，并且因而该“签名(signature)”仅通过监视控制单元和超声波传感器之间的数据线/总线进行。

通过超声波传感器测量的测量变量优选地被用作传感器参数。因而传感器参数的当前值一方面取决于超声波传感器在机动车辆上的位置，另一方面还取决于外界环境。因而超声波传感器的计算结果是各自的，并且也与其他传感器的结果不同。由于超声波传感器的测量变量在控制单元中已经已知(控制单元接收电接收信号)，因此控制单元可使用该数据组以及使用测量变量确定目标结果，并且可将从超声波传感器传输的结果与目标结果相比较，以确定该超声波传感器的真实性。

如果预定计算根据作为传感器参数的超声波传感器的薄膜稳定时间进行证明是有利的。薄膜的稳定时间这里取决于各种影响因素，例如特别地取决于外界温度、机动车辆上的安装点、所用的薄膜的激发等。因而可确保传感器参数对于每一个超声波传感器具有不同的值，因此计算结果对于不同的超声波传感器也不同，并且因而指定计算算法的模仿特别难。

但是本发明不限制于提到的传感器参数“稳定时间”，并且不限制于作为数据组的提到的阈值。原则上任何传感器参数和/或任何数据组可被使用。但是，如果一方面数据组包括对于机动车辆各自指定的数据值(例如提到的阈值)，该数据值仅对于控制单元是已知的，并且超声波传感器仅在系统起动后接收该数据值，并且另一方面如果传感器参数不具有恒定值，而是根据情形变化，则是有利的。所述组合使得非常难来仅使用监视控制单元和超声波传感器之间的数据线/总线来解码签名，因为该签名(计算结果)不是恒定的。

根据本发明的控制单元设计用于促动机动车辆的超声波传感器。该控制单元可传输数据组到超声波传感器以确定超声波传感器的可靠性，可接收基于来自超声波传感器的数据组的预定计算结果，并且可比较该预定计算结果与目标结果以及根据该比较确定超声波传感器的真实性。

而且，本发明涉及用于机动车辆的超声波传感器，包括电子运算单元，其设计用于与机动车辆的控制单元通信，其中，用于超声波传感器的可靠性的计算算法存储在运算单元中，并且该运算单元配置为从控制单元接收数据组，以使用接收的数据组进行计算或将其应用到接收的数据组并且将计算算法的结果传输到控制单元。

根据本发明的用于机动车辆的超声波传感器装置包括根据本发明的控制单元以及根据本发明的超声波传感器。

根据本发明的机动车辆，特别是客用小汽车，包括根据本发明的超声波传感器。

参照根据本发明的方法陈述的优选实施例及其优点也适用于根据本发明的控制单元、根据本发明的超声波传感器、根据本发明的超声波传感器装置以及根据本发明的机动车辆。

本发明的进一步的特征将从权利要求、附图和附图的描述变得显而易见。该描述中上面提到的所有特征及特征的组合和下面附图的描述中单独提到的和/或在附图中单独显示的特征及特征组合不仅能够用于相应的特定组合中，而且能够用于其他组合中或甚至能够单独使用。

附图说明

现在使用优选的示例性实施例以及参照附图详细说明本发明。

附图中：

图1以示意图显示了具有根据本发明的实施例的超声波传感器的机动车辆；

图2显示了根据本发明的实施例的方法的流程图；和

图3显示了根据本发明的另一实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1中示出的机动车辆1例如是客用小汽车。机动车辆1包括超声波传感器装置2，超声波传感器装置2包括电子控制单元3(控制器)以及多个超声波传感器4，多个超声波传感器4分布地布置在机动车辆1上。例如，多个超声波传感器4可布置在前保险杠5上，并且多个超声波传感器4可布置在后保险杠6上。超声波传感器4的数量以及布置方式仅以示例方式示出在图1中。超声波传感器4的数量以及布置方式二者可根据示例性实施例而不同。

控制单元3与超声波传感器4通信。出于该目的或出于促动超声波传感器4的目的，提供两个替代实施例：一方面，控制单元3可通过单独的数据线7联接到每一个相应的超声波传感器4。替代地，超声波传感器4和控制单元3可联接到共用通信总线8，如图1通过虚线所示。通信总线8可以是例如LIN总线。

控制单元3可分别鉴别所有超声波传感器4，并且因而对于每一个超声波传感器4分别确定是否所述超声波传感器4为真实传感器，即例如由与控制单元3相同的制造商制造的传感器。出于该目的，用于每一个超声波传感器4的数据组被存储在控制单元3中，即非易失存储器中。对于机动车辆1的每一次起动(在信号“点火启动”事件中)，所述数据组被从控制单元3传输到相应的超声波传感器4，并且存储在超声波传感器4的易失存储器或寄存器中，并且在机动车辆1被关闭(“熄火”)时再次被清除。该数据组可包含用于所有超声波传感器4或甚至多个超声波传感器4的组的不同数据值。

所提到的数据组优选地包含阈值，相应超声波传感器4的电接收信号的大小被与该阈值相比较。所述阈值整体形成取决于超声波的传输时间并且因而取决于测量距离的阈值函数。这样的阈值函数这里用于屏蔽地面反射，即从地面自身而不是从真实目标物体产生的那些目标回声。根据相应超声波传感器4的安装点，不同的阈值并且因而不同的阈值函数被用于此。

每一个超声波传感器4包括内部运算单元，特定的可靠性计算算法被存储其中。每一个超声波传感器4在接收的数据组上使用所述计算算法，并且因而确定所述计算的结果。除了接收的数据组，传感器指定的传感器参数也可被与计算算法一起使用，例如特别地相应薄膜的稳定时间。该计算算法的结果于是被作为传感器指定的签名被传输到控制单元3，控制单元3比较所述接收的结果与目标结果。如果两个结果一致，则超声波传感器4被分类为“正确”。如果检测到偏差，则故障信息可被输出，并且超声波传感器装置2可被关闭。

图2显示了根据本发明的实施例的方法的流程图。该方法开始于第一步骤S1中，其中机动车辆1起动，并且因而点火启动。在第二步骤S2中，控制单元3将相应的相关联数据组与阈值以及可任选地和其他结构参数一起传输到超声波传感器4。所述数据组首先仅在控制单元3中久存储，并且特别地确定用于机动车辆1。该数据组现在存储在超声波传感器4的相应的易失存储器中，即被暂时存储。在又一步骤S3中，控制单元将控制信号传输到每一个超声波传感器4(优选地以时间间隔一个接着一个)，其中，作为所述控制信号的结果，超声波传感器4的相应的薄膜被激发以机械振动，并且所述薄膜的稳定时间作为传感器参数被测量。根据所述稳定时间，并且另一方面，还根据接收的数据组，相应的超声波传感器4执行存储的计算算法，并且存储所述计算的结果。在又一步骤S4中，控制单元3控制超声波传感器4(特别地一个接着一个)，以将薄膜的相应的测量稳定时间以及计算的相应结果传输到控制单元3。控制单元3接收所有计算结果和所有稳定时间，并且使用所述稳定时间以及存储的数据组确定目标结果。现在在步骤S5中将接收的结果与目标结果相比较，并且检测是否超声波传感器是真实的。

传输到各个超声波传感器4的阈值可总共包含12个值，例如每一个具有5位(在0和31之间的区间值)。薄膜的相应稳定时间可例如具有11位的值。预定计算算法可例如使得所有阈值并且另外还使相应的稳定时间相加，以使得计算结果构成所有阈值和所有稳定时间的和。

根据不同的示例，下文的计算可在计算算法内进行，例如：

阈值1-阈值2+阈值3-阈值4+阈值5....

即，阈值的增加或减去这里以特定的顺序交替进行。替代地，例如，两个阈值还可总是增加，并且随后的阈值总是减去。

在该情况下，计算算法的结果需要最大12位，并且可能因而在对于机动车辆1的每一次起动已经存在的信息中由控制单元3读出。

方法的又一流程图显示在图3中。类似于根据图2的方法，该方法开始于步骤S100中，其中点火启动并且因而机动车辆1起动。与根据图2的方法不同，相应超声波传感器4的当前稳定时间以及计算算法的相应结果的读出现在步骤S101中进行。在所述步骤S101中，该计算算法在超声波传感器4中使用标准阈值执行，该标准阈值永久地存储在超声波传感器4中。所述标准值可甚至对于所有超声波传感器4来说相同。控制单元3可现在通过比较传输结果与目标结果来进行超声波传感器4的第一次查看。在又一步骤S102中，控制单元3将相应的相关联数据组与阈值一起传输到超声波传感器4。在又一步骤S103中，控制信号然后被输出到超声波传感器4，作为其结果，超声波传感器4或相应的薄膜被激发并且因而相应的稳定时间被测量。在又一步骤S104中，所述稳定时间以及计算算法的新结果由控制单元3读出。在最后的步骤S105中，控制单元3第二次比较接收的结果与目标结果，所述目标结果被根据接收的稳定时间而确定。通过根据图3的方法，超声波传感器4的针对真实性的冗余双查看因而被进行，并且这在一方面根据存储的标准值实行，在另一方面根据传输的数据组实行。

Claims (11)

1.一种用于确定机动车辆(1)的超声波传感器(4)的真实性的方法，该超声波传感器通过机动车辆(1)的控制单元(3)促动，所述方法特征在于包括以下步骤：

从控制单元(3)传输数据组到超声波传感器(4)，

通过超声波传感器(4)使用所述数据组进行预定计算，并且将计算结果传输至控制单元(3)，和

比较接收的结果和目标结果，并且通过控制单元(3)根据所述比较确定超声波传感器(4)的真实性。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

数据组被从控制单元(3)传输到超声波传感器(4)，该数据组仅被永久地存储在控制单元(3)中，并且在传输到超声波传感器(4)之后仅暂时存储在超声波传感器(4)中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于

数据组包括在超声波传感器(4)的操作过程中由超声波传感器(4)使用以执行距离测量的数据值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于

超声波传感器(4)接收入射在超声波传感器(4)上的超声波信号，并且根据该超声波信号提供电接收信号，其中，该数据组包括阈值，在超声波传感器(4)的操作过程中电接收信号的大小被与该阈值相比较。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于

通过超声波传感器(4)根据超声波传感器(4)的传感器指定的传感器参数另外进行预定计算。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于

通过超声波传感器(4)测量的测量变量被用作传感器参数。

7.根据权利要求5或6所述的方法，

其特征在于

根据作为传感器参数的超声波传感器(4)的薄膜稳定时间进行预定计算。

8.一种用于促动机动车辆(1)的超声波传感器(4)的控制单元(3)，

其特征在于

控制单元(3)配置为将数据组传输到超声波传感器(4)用于确定超声波传感器(4)的真实性，从超声波传感器(4)接收基于所述数据组的预定计算结果，和将所述结果与目标结果相比较并且根据所述比较确定超声波传感器(4)的真实性。

9.一种用于机动车辆(1)的超声波传感器(4)，包括电子运算单元，所述超声波传感器(4)设计为与在该传感器外部的机动车辆(1)的控制单元(3)通信，

其特征在于

用于超声波传感器(4)的真实性的计算算法存储在该运算单元中，并且该运算单元配置为从控制单元(3)接收数据组以使用该数据组执行计算算法并且将计算算法的结果传输到控制单元(3)。

10.一种用于机动车辆(1)的超声波传感器装置(2)，具有根据权利要求8所述的控制单元(3)和根据权利要求9所述的超声波传感器(4)。

11.一种机动车辆(1)，具有根据权利要求10所述的超声波传感器装置(2)。