CN105556336A - 用于识别超声传感器的阻挡状态的方法、超声传感器装置和机动车辆 - Google Patents

用于识别超声传感器的阻挡状态的方法、超声传感器装置和机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于识别机动车辆(1)的超声传感器(3)的阻挡状态的方法，其中，实际值检测超声传感器(3)的至少一个振荡参数(fR)，且通过评价装置(4)与用于识别阻挡状态的参考值进行比较。超声传感器(3)被暴露至的实际温度(T)通过温度检测装置(8)被检测，参考值通过评价装置(4)依据实际温度(T)被确定。

Description

用于识别超声传感器的阻挡状态的方法、超声传感器装置和机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于检测机动车辆的超声传感器的阻挡状态的方法，其中，超声传感器的至少一个振荡参数的实际值被传感，且通过评价单元与参考值进行比较，以便检测阻挡状态。本发明还涉及一种用于机动车辆的超声传感器装置，其被设计用于执行这样的方法，还涉及一种具有这样的超声传感器装置的机动车辆。
背景技术
从现有技术已知用于检测超声传感器的阻挡状态的方法。这涉及检测一种情况，在该情况中，超声传感器被附加质量覆盖，例如被尘埃和/或雪和/或冰覆盖。因为现今超声传感器还在实际停车辅助功能之外以增加的频率被使用，所述停车辅助功能诸如，例如，用于在被检测到的碰撞风险的情况下用有效的制动干预来提供驾驶支持，在机动车辆操作中，应确保存在于机动车辆上的超声传感器能可靠地检测位于机动车辆环境中的障碍物，且还能可靠地传导直至一预定范围的距离。如果超声传感器覆盖有附加的质量，这应被可靠地检测。用于检测冰或尘埃的已知方法原理上基于附加质量在超声传感器上导致的副作用的评价。附加质量例如影响超声传感器的膜片的所谓的最终振荡时间，或产生虚拟回声或假回声，其可通过超声传感器的被接收电信号的适当评价而被检测。在最不利的情况下，还可以的是，附加质量可既不导致膜的最终振荡时间的变化，也不产生额外的回声。在这样的情况下，不能检测超声传感器的被阻挡状态，且传感器不再能够检测实际物体或可靠地对距离进行传感。
为了还允许超声传感器的被阻挡状态在这样不利的情况中的检测，在现有技术中已经提出一种方法，根据该方法，执行验证，使得超声传感器被切换到检查模式，在该检查模式中，超声传感器的灵敏度与正常操作模式相比明显增加。在该检查模式中，执行检查以确定超声传感器是否可接收所谓的在其他物体上的一个或多个地面反射，在正常操作模式中其通常由于减弱的灵敏度而被阻挡。但是，这样的检查模式的缺点是超声传感器在一定时间段不能用于实际测量，并且因此发生了传感器可用的时间延迟。
在文献DE10247971A1中描述了一种替代方案，其提供了在这方面的一定水平的改进。在该情况下，超声传感器的特征频率或共振频率被测量且与被存储的参考值进行比较。该方法基于的事实是，超声传感器的共振频率是污染、或冰或雪层的直接指示器，因为该额外的层影响了谐振的质量(mass)。原因在于，污染、或冰或雪层的额外质量还导致了振荡质量的变化，且因此导致了传感器的共振频率的变化。
为了允许超声传感器的状态的检测，其中，所述超声传感器被覆盖有尘埃和/或冰和/或雪，DE102009040992A1提出在激励膜片之后对超声传感器的衰减频率进行传感，且将所述衰减频率与激励频率比较。取决于该比较的结果，确定超声传感器是否被阻挡。
另外，DE102010021960A1描述了一种方法，其中，为了检测超声传感器的阻挡状态，膜片的最终振荡时间在超声传感器的多个测量周期上被评价。在该情况下另一验证可以是，阻挡状态的检测仅在机动车辆的环境温度低于特定极限值时发生。该极限值可以例如是0℃。可因此减小在检测阻挡状态时的错误率。
发明内容
通过本发明解决的问题是提出一种方案，该方案关于如何能利用一开始提到类型的方法特别可靠地检测超声传感器的阻挡状态。
根据本发明，该问题通过具有根据相应独立权利要求特征的方法、超声传感器装置和机动车辆被解决。本发明的有利实施例是从属权利要求、说明书和附图的目的。
根据本发明的方法用于检测机动车辆的超声传感器的阻挡状态。阻挡状态意图表示被附加质量覆盖的状态，诸如特别是超声传感器被冰和/或雪和/或尘埃覆盖的超声传感器的状态。超声传感器的至少一个振荡参数的实际值被传感，诸如，例如，共振频率的实际值和/或最终振荡时间的实际值和/或振荡幅度的实际值。振荡参数的实际值通过电子评价单元与参考值比较，且取决于该比较，执行检查，以确定超声传感器是否被阻挡。根据本发明，设置为，超声传感器被暴露至的当前温度通过机动车辆的温度检测装置被检测，参考值通过评价单元依据当前温度被确定，且因此在操作期间被限定或设定。
本发明基于的发现是，超声传感器的被阻挡状态可被可靠地检测，原理上通过评价振荡参数而被可靠地检测，且特别地，传感器的共振频率是膜片上的附加质量的可靠测量，但是在现有技术中，在许多情况下，共振频率评价仅引起不足够的结果。另一发现是，不足够的结果是由于还存在影响超声传感器的共振频率和其他振荡参数的附加因素。实际上，超声传感器的共振频率也作为温度改变的结果而变化，这可由于膜片本身和/或相邻部件的材料刚度(弹性模量)的温度相关而发生。为了补偿由于材料刚度的温度相关性导致的振荡参数的该改变，参考值(超声传感器的振荡参数的当前实际值与之相比较)依据超声传感器在该时刻暴露至的当前温度而设定。以该方式，超声传感器的被阻挡状态可被特别可靠地检测，且必要的话可实施适当的安全措施，诸如，例如发出警告信息给驾驶员和/或去激活机动车辆中的至少一个驾驶员辅助系统。
一方面，超声传感器可以是这样的传感器，其膜片被布置在机动车辆的涂覆部分(例如保险杠)的通孔中，且因此从机动车辆之外可见。另一方面，作为替换例可还设置为，超声传感器布置在涂覆部分的背侧，以使得膜片搁置在涂覆部分的背侧，并通过涂覆部分的材料发射和接收超声信号。特别是在超声传感器在涂覆部分上的这种布置的情况下，其中，超声传感器被覆盖且从外界不可见，由于材料刚度的温度相关性，超声传感器的振荡参数或振荡特性的变化特别明显。
评价单元优选地是中央控制单元，通过其，可控制机动车辆的多个超声传感器。该控制单元可例如用于控制布置在保险杠上的一组超声传感器。但是，其还可以是对于布置在前和后保险杠上的所有超声传感器是共用的控制单元。
因此，检测超声传感器暴露至的当前温度。关于通过温度检测装置来检测温度，可设置不同实施例：
一方面，当前温度可在传感器上和/或传感器中被直接测量。这意味着，当前温度通过布置在超声传感器上和/或超声传感器中或者在超声传感器的壳体上和/或壳体中的温度检测装置的温度传感器被检测。该实施例基于的发现是，机动车辆的环境温度的测量本身不总是反映传感器暴露至的实际温度。这通常是当传感器位于热源附近时的情况，诸如例如非常靠近排气系统或排气流。正好在传感器处的温度则明显偏离机动车辆的环境温度。正好在超声传感器上和/或超声传感器中的温度的检测因此使得可以高精确度地确定参考值，且因此特别可靠地检测超声传感器的被阻挡状态。
另一方面，通过布置在超声传感器紧邻附近或区域中的温度检测装置的温度传感器，超声传感器的当前环境温度可也被检测作为温度。该温度传感器优选地布置在超声传感器的紧邻附近，即最大距离为10至20cm。这还使得可以在操作期间精确地确定参考值。
优选地，超声传感器的共振频率的实际值作为振荡参数被检测。共振频率的理想值则可依据当前温度被确定，作为共振频率的参考值。换句话说，理论共振频率(共振频率的理想值)基于被测量温度确定。在该情况下，理论共振频率对被测量温度的相关性可存储在评价单元中，例如作为公式或以查找表的形式，且然后用于确定共振频率的理想值。当超声传感器关于被阻挡状态检查时，共振频率的理想值因此与作为振荡参数的共振频率的实际被测量值进行比较。共振频率优选地是，在膜片振荡减少期间，即刚好在膜片例如通过压电(piezo)元件激励之后，膜片的共振频率。共振频率或特征频率的评价已经证明关于膜片上附加质量的检测是特别有利的，且因此关于超声传感器的被覆盖状态的检测特别有利。
但是，除了其之外或作为其替代，还可设置为，膜片的最终振荡时间用作超声传感器的振荡参数。在该实施例中，最终振荡时间的实际值作为振荡参数被检测，最终振荡时间的理想值依据当前温度、作为最终振荡时间的参考值被确定。最终振荡时间意图表示混响时间，在其期间，膜片的混响在激励之后发生。具体地，已经显示出，该最终振荡时间可还依据超声传感器的温度而改变，且此外，被膜片上的附加质量影响。该实施例如果必要的话与共振频率的评价组合因此还使得可以可靠地推断超声传感器的阻挡或覆盖状态。
除此之外或作为其替代，还可设置为，膜片的振荡幅度用作超声传感器的振荡参数。在该实施例中，幅度的实际值作为振荡参数被检测，振幅的理想值依据当前温度、作为振幅的参考值被确定。振荡幅度优选地是，在膜片振荡减少期间，即刚好在膜片激励之后，膜片振荡的幅度。
优选地，振荡参数的特定当前实际值和特定当前参考值之间的比较重复地执行。振荡参数的测量和传感器温度的检测二者可重复地执行，例如周期性地。取决于传感器温度的测量值，可确定当前参考值，在每种情况下，用于与振荡参数的实际值比较。优选地，则设置为，平均值从比较结果确定，诸如，例如从预定数量的比较确定，且该平均值然后被评价，以便检测阻挡状态。因此计算多个测量的平均值。这具有的优势是，可滤除共振频率和/或传感器温度中的临时波动。共振频率中的这种波动可例如由于非常短暂地黏着污染物而发生。这样的短暂污染可例如是碎石、树叶或其他材料，其在撞击之后立即掉落，或被具有车辆自身速度的风吹掉。
如果检测到超声传感器的阻挡状态，还可以取决于振荡参数实际值和参考值之间的比较来确定超声传感器的阻挡的程度和/或类型或原因。例如，振荡参数实际值和当前参考值之间的偏差或差异可被确定，且用作阻挡类型和/或阻挡强度的直接指示器。该实施例被证明是有利的，特别是当基于超声传感器的被测量值而在机动车辆中提供多个功能时，或这些被测量值被多个驾驶员辅助系统(诸如例如停车辅助、自动制动辅助系统等)使用时。取决于被检测的阻挡类型和/或程度，则可以关闭，例如一些功能或辅助系统。
这可还取决于比较，特别地取决于阻挡的被确定程度和/或类型，通过确定相对于未被阻挡超声传感器的参考检测区域的超声传感器检测区域(特别是其范围)的由于阻挡引起的减小而执行。如果超声传感器的检测区域的减小且因此当前可用检测区域是已知的，因此可以评估机动车辆中的哪个驾驶员辅助系统或功能在超声传感器的该当前检测区域中仍可被使用，以及哪个不能被使用。每个驾驶员辅助系统的评估可因此分开地或单独地执行，且各个驾驶员辅助系统可必要时被关闭和/或关于各个功能的警告信息可被输出。超声传感器的检测区域或范围的一定减小例如对于停车辅助功能是可接受的，但对于在检测碰撞风险之后用于自动制动机动车辆的驾驶员辅助系统、或对于用于测量停车空间和用于自动计算机动车辆停车轨迹的自动停车辅助系统是不可接受的。可还产生用于各个驾驶员辅助系统的系统特定警告信息。
优选地，机动车辆的至少两个超声传感器每个关于阻挡状态被检查。为了允许考虑超声传感器的温度的可能差异，在一个实施例中设置为，在操作期间，分立地对每个超声传感器检测当前温度，分立地对每个超声传感器依据特定温度来确定参考值。多个超声传感器之间的温度梯度可因此被单独地考虑，因为对于每个超声传感器测量特定超声传感器暴露至的温度。
本发明还涉及一种用于机动车辆的超声传感器装置，包括超声传感器和评价单元，其检测超声传感器的至少一个振荡参数的实际值、将所述实际值与参考值比较，且取决于比较，检测超声传感器的阻挡状态。评价单元可依据超声传感器暴露至的被检测当前温度来确定参考值。
根据本发明的机动车辆——特别是小客车——包括根据本发明的超声传感器装置。
关于根据本发明的方法呈现的优选实施例，以及它们的优势类似地应用到根据本发明的机动车辆和根据本发明的超声传感器装置。
本发明的进一步特征从权利要求、附图和附图的说明变得显而易见。在说明书中的上述所有特征和特征组合以及以下在附图的描述中提及的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合可以不仅用在指出的特定组合中，也可以用在其他组合中或单独使用。
附图说明
基于优选的示例性实施例以及参考附图更详细地解释本发明。
在附图中：
图1示出包括根据本发明的一个实施例的超声传感器装置的机动车辆的示意性视图；
图2示出对于超声传感器在机动车辆上的两种不同类型的安装，共振频率对超声传感器温度的相关性；以及
图3示出根据本发明一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1所示的机动车辆1例如是小客车。机动车辆1包括超声传感器装置2，其具有多个超声传感器3和电子评价单元4(例如具有控制单元的形式)。超声传感器3的数量和布置在图1中仅作为例子显示，且可取决于实施例而变化。在示例性实施例中，多个超声传感器3布置在机动车辆1的前保险杠5上；多个超声传感器3还布置在机动车辆1的后保险杠6上。关于超声传感器3的安装类型，可以提供两个替代实施例。一方面，超声传感器3可每个布置在特定保险杠5、6中的孔中，使得特定超声传感器3的膜片布置在保险杠5、6的特定通孔内。但是另一方面，超声传感器3的被覆盖安装也可设置为在特定保险杠5、6后面，从而超声传感器3的膜片抵靠特定保险杠5、6的背侧搁置，且通过保险杠5、6的材料发送和接收超声信号。
超声传感器3每个被设计用于检测至定位在机动车辆1的环境中的障碍物的距离。特定被测量距离值通过超声传感器3发送至中央评价单元4，中央评价单元4处理超声传感器3的被测量值。多个驾驶员辅助系统7a至7x可设置在机动车辆1中，所述系统被设计用于在机动车辆1中提供不同的功能，特别是基于超声传感器3的被测量距离提供。在图1中，不同的驾驶员辅助系统7a至7x显示为分开的部件；但是，多个功能可还通过共用的控制单元提供，该共用的控制单元提供则执行多个驾驶员辅助系统的功能。以下系统例如可设置为驾驶员辅助系统7a至7x：停车辅助系统，其中，被测量的距离以声学和/或视觉方式输出；用于自动停车的自动停车辅助系统；自动制动辅助系统，其用于由于基于超声传感器3的测量值检测到的碰撞风险而自主地制动机动车辆1；用于盲点监视的系统；用于距离控制的系统；碰撞检测系统等。
评价单元4可还执行用于每个超声传感器3的单独检查，以确定是否该超声传感器3被附加质量(诸如污染和/或冰和/或雪)覆盖，且因此被阻挡和被阻止提供该功能。为此目的，温度检测装置8被设置用于每个超声传感器3，该装置被设计用于检测特定超声传感器3被暴露至的实际温度T。换句话说，温度检测装置8检测特定传感器温度。为此，每个温度检测装置8包括温度传感器，其布置在特定超声传感器3的壳体中和/或壳体上，或者超声传感器3的紧邻附近，诸如例如在特定超声传感器3的保持器上。特定超声传感器3的当前温度T或被测量温度值被发送至中央评价单元4且被该单元评价。
另外，在每个超声传感器3的情况下，当前共振频率fR被传感且发送至评价单元4。共振频率fR是特定膜片的特征频率，其独立于实际振荡质量而变化，且在激励膜片之后被立刻测量，即在膜片的振荡减小期间被测量。共振频率fR因此是衰减频率。
取决于被接收的温度T和共振频率fR的测量值，评价单元4则分立地对于每个传感器3确定该超声传感器3是否实际被阻挡。用于检测单个超声传感器3的这样的阻挡状态的方法在以下被详细解释，其中，该方法可还以类似的方式应用于其他超声传感器3。
在此时，应指出，本发明不限于检测共振频率fR作为振荡参数。可还使用与振荡质量相关的其他振荡参数，诸如，例如所谓的最终振荡时间和/或振荡幅度。
参考图3，方法在第一步骤S1开始，其中，评价单元4接收超声传感器3的当前温度T和当前共振频率fR。在进一步步骤S2中，评价单元4确定依据当前温度T的参考值RV。依赖于温度的参考值RV是超声传感器3的理论共振频率，其理论上在实际温度T设定。理论共振频率以及因此参考值RV对当前温度T的相关性(dependence)可存储在评价单元4中，例如作为数学公式或查找表，且然后在操作期间被用于确定参考值RV。理论共振频率以及因此参考值RV对当前温度T(作为例子被提供)的相关性在图2中示出，其中，室温被标记为RT。在图2中示出两个曲线，具体是，对于超声传感器3被覆盖地安装在保险杠5、6后面的第一线性相关性9，以及对于超声传感器3传统地安装在保险杠5、6的通孔中的第二线性相关性10。当超声传感器3(带着其膜片)安装为隐藏在保险杠5、6后面(特别是由塑料制成的保险杠)时，理论共振频率RV对温度T的相关性特别明显。
再次参考图3，在进一步步骤S3中，确定被测得的当前共振频率fR距参考值RV的偏差Δ。偏差Δ可被计算，例如，作为差而被计算，且可然后设定为与参考值RV相关，从而偏差Δ被计算为百分数。在进一步步骤S4中，评价单元4可检查是否确定存在足够数量的测量值或偏差Δ。如果不是这种情况，方法回到步骤S1。否则，根据步骤S5，偏差Δ的平均值AV基于多个偏差Δ计算，因此基于多个测量值计算。该平均值AV则用于关于超声传感器3是否被阻挡的最后评估。
原理上，可首先获得关于超声传感器3是否被阻挡的二元决策。这可例如被执行为，评价单元4检查以确定平均值AV是否位于关于值“0”的特定值范围内。如果平均值AV位于关于零值的该值范围内，则超声传感器3没有被阻挡。如果平均值AV在该值范围之外，则认为超声传感器3被阻挡。取决于平均值AV，阻挡的程度和/或类型可也被确定，且如果必要的话，超声传感器3的检测区域或检测范围的减小可也被得出。一个例子在下表中示出：
由于不同驾驶员辅助系统7a至7x还需要超声传感器3的不同检测区域，检测区域的减小的评估可分别对每个驾驶员辅助系统7a至7x执行。在该情况下，可作出分立的决定，例如对于每个驾驶员辅助系统7a至7x分立决定是否应该输出警告信息和/或是否应切断特定驾驶员辅助系统7a至7x。

Claims (11)

1.一种用于检测机动车辆(1)的超声传感器(3)的阻挡状态的方法，其中，超声传感器(3)的至少一个振荡参数(fR)的实际值被传感，且通过评价单元(4)与参考值(RV)进行比较，以便检测阻挡状态，
其特征在于，
超声传感器(3)被暴露至的当前温度(T)通过温度检测装置(8)被检测，参考值(RV)通过评价单元(4)依据所述当前温度(T)被确定。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
当前温度(T)通过布置在超声传感器(3)上和/或超声传感器(3)中的温度检测装置(8)的温度传感器被检测。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过布置在超声传感器(3)的区域中的温度检测装置(8)的温度传感器，超声传感器(3)的当前环境温度被检测，作为所述温度(T)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
超声传感器(3)的共振频率(fR)的实际值作为振荡参数(fR)被检测，共振频率的理想值依据当前温度(T)被确定，作为共振频率的参考值(RV)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
超声传感器(3)的膜片的最终振荡时间的实际值作为振荡参数(fR)被检测，最终振荡时间的理想值依据当前温度(T)被确定，作为最终振荡时间的参考值(RV)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
振荡参数(fR)的特定当前实际值和特定当前参考值(RV)之间的比较重复地执行，且基于比较结果(Δ)，确定和评价平均值(AV)，以便检测被阻挡的状态。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
取决于比较，确定超声传感器(3)的阻挡的程度和/或类型。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
取决于比较，确定阻挡导致的超声传感器(3)的检测区域的减小。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
机动车辆(1)的至少两个超声传感器(3)每个关于阻挡状态被检查，分立地对每个超声传感器(3)检测当前温度(T)，取决于特定温度(T)，分立地对每个超声传感器(3)确定参考值(RV)。
10.一种用于机动车辆(1)的超声传感器装置(2)，包括至少一个超声传感器(3)和一个评价单元(4)，评价单元(4)被设计用于检测超声传感器(3)的至少一个振荡参数(fR)的实际值，将所述实际值与参考值(RV)进行比较，且取决于比较，检测超声传感器(3)的阻挡状态，
其特征在于，
评价单元(4)被设计用于在操作期间依据被检测的当前温度(T)来确定所述参考值(RV)，超声传感器(3)暴露至该当前温度(T)。
11.一种机动车辆(1)，包括根据权利要求10的超声传感器装置(2)。
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