CN106461779B - 用于检测机动车辆的超声波传感器的阻挡状态的方法，超声波传感器设备和机动车辆 - Google Patents

用于检测机动车辆的超声波传感器的阻挡状态的方法，超声波传感器设备和机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测机动车辆(1)的超声波传感器(3)的阻挡状态的方法，其中超声波传感器(3)的至少一个振荡参数被感测，并且机动车辆(1)的评估装置(4)执行检测算法，该检测算法用于评估该至少一个振荡参数以用于识别阻挡状态的目的。基于机动车辆(1)的至少一个传感器(3,8)的传感器数据，在机动车辆(1)周围的区域中的物体(9)被评估装置(4)检测，其中，如果物体(9)和超声波传感器(3)之间的距离(D)低于预定阈值(G)，不由评估装置(4)执行检测算法，或使用检测算法检测到的超声波传感器(3)的阻挡状态被评估装置(4)忽略。

Description

用于检测机动车辆的超声波传感器的阻挡状态的方法，超声 波传感器设备和机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于检测机动车辆的超声波传感器的阻挡状态的方法，其中记录超声波传感器的至少一个振荡参数，并且机动车辆的评估装置执行检测算法，该检测算法用于为了检测阻挡状态的目的而评估该至少一个振荡参数。本发明还涉及一种设计为实施这种方法的超声波传感器设备以及具有这种超声波传感器设备的机动车辆。
背景技术
用于检测超声波传感器的阻挡状态的方法从现有技术中是已知的。这是对超声传感器被附加质量，例如被污垢和/或雪和/或冰覆盖的情况的检测。由于超声波传感器现在也在实际的泊车辅助功能之外被越来越频繁地使用，例如用于基于检测到的碰撞风险进行主动制动干预的驾驶辅助，因此在机动车辆的运行期间，意图确保存在于机动车辆上的超声波传感器可以可靠地检测机动车辆周围区域中的障碍物，并且还可以可靠地记录高达预定范围的距离。如果超声波传感器被覆盖有附加质量，则计划是可靠地检测所述附加质量。用于检测冰或污垢的已知方法基本上基于评估由超声波传感器上的附加质量引起的副作用。因此，例如超声波传感器的膜片的所谓的衰减时间受到附加质量的影响，或者产生虚拟回波或欺骗性回波，其可以通过相应地评估超声波传感器的电接收信号来检测。然而，在最坏的情况下，附加质量不会导致膜片的衰减时间的变化，也不会引起额外的回波。在这种情况下，不能检测超声波传感器的阻挡状态，并且传感器不再能够检测真实物体并且可靠地记录距离。
为了能够在这种不利的情况下检测超声波传感器的阻挡状态，现有技术已经提出了一种方法，在该方法中进行真实性检查，效果是超声波传感器被切换到检查模式，其中超声波传感器的灵敏度与正常操作相比显著增加。在该检查模式中，执行检查以便确定超声波传感器是否可以接收所谓的地面反射或对于在正常操作期间通常由于较低灵敏度而隐藏的其它物体的反射。然而，这种检查模式的缺点是超声波传感器在特定时间段内不能用于实际测量，因此导致传感器的可用性时间延迟。
如文献DE10247971A1中所述的一种替代方法在此提供了一定程度的改进。在这种情况下，测量超声波传感器的固有频率或共振频率，并与存储的参考值进行比较。该方法基于以下事实：超声波传感器的共振频率是污物或冰或雪层的直接指示，因为该附加层影响谐波振荡的质量。这是因为振荡质量以及因此传感器的共振频率也随着污物或冰或雪层的附加质量而改变。
为了能够检测超声波传感器被污垢和/或冰和/或雪覆盖的状态，DE102009040992A1提出在膜片的激励之后检测超声波传感器的衰减频率，并且将其与激励频率比较。基于该比较的结果确定超声波传感器是否被阻挡。
DE102010021960A1也描述了一种方法，其中为了检测超声波传感器的阻挡状态，在超声波传感器的多个测量周期上评估膜片的衰减时间。另一可信度检查在此可以是，仅在机动车辆周围的区域的温度低于预先给定的极限值的条件下检测阻挡状态。该极限值例如可以是0℃。因此，可以在检测阻挡状态时降低错误率。
尽管通过评估振荡参数，例如通过评估共振频率和/或衰减时间，可以基本上可靠地检测超声波传感器的阻挡状态，因为振荡参数是对在超声波传感器的膜片上的附加质量的可靠测量，但是振荡参数(例如特别是衰减时间)的评估在现有技术的一些情况下可能仅导致不适当的结果，因为除了附加质量之外，还存在影响振荡参数的其它因素，特别是衰减时间。因此，当物体非常接近超声波传感器时，超声波传感器的当前衰减时间的测量受到负面影响，并且因此产生回波，其在衰减时间内也由超声波传感器接收，并且因此包括在衰减时间中。通过评估衰减时间来确定超声波传感器的失明则是不可能的或者仅在有限的程度上是可能的。
发明内容
本发明的目的是示出一种解决方案，用于在开始提到的一般类型的方法中检测阻挡状态时如何可以避免错误。
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，超声波传感器设备和机动车辆实现该目的。从属权利要求，说明书和附图涉及本发明的有利实施例。
根据本发明的方法用于检测机动车辆的超声波传感器的阻挡状态。在这种情况下，阻挡状态被理解为被附加质量覆盖的状态，例如特别是被冰和/或雪和/或污垢覆盖的超声波传感器的状态，其中附加质量作为涂层粘附到超声波传感器的膜片。超声传感器的至少一个振荡参数被记录，例如衰减时间和/或共振频率和/或振荡振幅。机动车辆的电子评估装置执行检测算法，该算法用于评估至少一个振荡参数以用于检测阻挡状态。例如，在检测算法的范围内，可以将至少一个振荡参数的当前实际值与至少一个极限值进行比较，其结果是，基于该比较，执行检查以确定超声波传感器是否被阻挡。机动车辆周围的区域中的物体通过评估装置基于来自机动车辆的至少一个传感器的传感器数据来检测。如果评估装置然后检测到物体和超声波传感器之间的距离低于预定的阈值，则不执行检测算法，或者使用检测算法检测到的超声波传感器的阻挡状态被评估装置忽略。
因此，本发明提出，当检测到车辆外部的物体或障碍物非常接近超声波传感器时，总是假定超声波传感器的非阻挡状态。一方面，这通过以下事实来实现：在检测到新物体之后根本不执行检测算法。另一方面，这也可以以这样的方式实现：在检测到新物体之后，忽略阻挡状态的肯定检测，并且超声波传感器仍然被认定为未阻挡。这样的过程使得可以当检测到阻挡状态时防止错误并且使错误检测率最小化。这是因为，如果物体非常接近超声波传感器，则这导致由物体反射的超声波(目标回波)在膜片的所谓衰减时间期间也被超声波传感器接收，并因此影响衰减时间的测量。在现有技术中，即使超声波传感器实际上是“干净的”并且因此完全起作用，这种影响导致超声波传感器的阻挡状态被不正确地检测和显示。现在通过以下事实防止这种错误检测：在检测到新物体之后总是假定超声波传感器的非阻挡状态。
超声波传感器一方面可以是其膜片布置在机动车辆的覆层部分(例如保险杠)中的连续凹部中，并且因此从机动车辆的外部可见。另一方面，可替代地，也可以将超声波传感器设置在覆层部分的后侧，以这样的方式使得膜片抵靠在覆层部分的后侧上，并且通过覆层部分的材料发射和接收超声波信号。特别是在超声波传感器在覆层部件上的这种从外部不可见的隐藏布置的情况下，由于材料刚度的温度依赖性，超声波传感器的振荡参数或振荡特性的变化特别地显著。
评估装置优选地是用于控制机动车辆的多个超声波传感器的中心控制装置。该控制装置例如可以用于控制布置在保险杠上的一组超声波传感器。然而，它还可以是布置在前和后保险杠上的所有超声波传感器共同的控制装置。
关于物体的距离的阈值，该阈值可以规定为对应于超声波的信号传播时间，其大于或等于当超声波传感器未被阻挡时设立的超声波传感器的衰减时间的正常值或标称值。这具有的优点是，即使在其目标回波包括在超声波传感器的衰减时间中并且使衰减时间的测量失真之前，物体也被分类为附近物体。因此，可以精确地测量超声波传感器的实际当前衰减时间，而该测量不会由于附近物体的目标回波而失真。如果物体的距离低于阈值，其结果是，在衰减时间内至少部分地接收到物体的目标回波，不执行检测算法或忽略阻挡状态的检测。因此，错误检测率是最小的。
如果通过评估装置检测到阻挡状态，则评估装置可以输出相应的报警信号，其用于视觉地和/或声学地和/或触觉地向驾驶员警告阻挡状态以及因此而需要清洁超声波传感器。然而，如果检测到物体和超声波传感器之间的距离低于阈值，则评估装置可以忽略阻挡状态的检测。这特别地意味着评估装置不输出报警信号。因此，驾驶员不会被警报信号的输出不必要地干扰。
一个实施例可以规定评估装置基于传感器数据随时间推移追踪物体。这特别意味着，物体相对于超声波传感器的位置由评估装置基于传感器数据连续地确定。换句话说，在评估装置中提供机动车辆周围的区域的数字地图，并且在周围区域的数字地图中输入物体的位置。物体的相对位置因此总是在评估装置中是已知的，其结果是，评估装置可以特别精确地确定物体何时进入超声波传感器的附近并且物体的距离何时低于阈值。
通常，还可以规定追踪在其基础上检测物体的传感器数据，其由超声波传感器本身和/或机动车辆的与超声波传感器独立的至少一个环境传感器提供。
因此，一个实施例可以提供由超声传感器本身提供的传感器数据。基于来自超声波传感器的传感器数据追踪物体可以包括推断物体的相对位置，和/或在物体进入超声波传感器的盲区之后基于来自机动车辆的与超声波传感器独立的至少一个环境传感器的传感器数据确定它。在这种情况下，盲区优选地对应于与超声传感器的衰减时间(衰减时间的正常值)相对应的距离。以这种方式，在评估装置中仍然已知物体的相对位置，其结果是，评估装置还可以检测物体和超声波传感器之间的距离再次超过阈值，然后可以再次执行检测算法并且阻挡状态的检测不再被忽略。
如已经陈述的，传感器数据可以附加地或可替代地由与超声波传感器独立的机动车辆的至少一个环境传感器提供。例如，在这种情况下可以使用雷达传感器和/或激光雷达传感器和/或相机和/或另一超声波传感器。这具有的优点是，当物体在超声波传感器的所述盲区中时，也可以非常精确地确定物体相对于超声波传感器和相对于机动车辆的当前位置。
如已经陈述的，超声波传感器的膜片的共振频率和/或衰减时间和/或振荡振幅可以被评估为用于检测超声波传感器的阻挡状态的振荡参数。共振频率是膜片的固有频率，其基于实际振荡质量而变化，并且在膜片被激励之后，即在膜片衰减期间立即测量。因此，共振频率是衰减频率。相反，衰减时间表示在通过相应的压电元件的激励终止之后，膜片仍然振荡的周期。
本发明还涉及一种用于机动车辆的超声波传感器设备，具有至少一个超声波传感器并且具有设计为执行根据本发明的方法的评估装置。
根据本发明的机动车辆，特别是客车包括根据本发明的超声波传感器设备。
关于根据本发明的方法呈现的优选实施例及其优点相应地适用于根据本发明的超声波传感器设备和根据本发明的机动车辆。
本发明的进一步特征由权利要求、附图和附图的说明体现。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/或在附图中简单示出的特征和特征组合可以不仅用在分别指出的组合中，也可以用在其他组合中或单独使用。
附图说明
使用优选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示出了具有根据本发明的一个实施例的超声波传感器设备的机动车辆的示意性平面图；以及
图2示出了根据本发明的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例如是客车。机动车辆1包括具有多个超声波传感器3的超声波传感器设备2和例如以控制装置的形式的电子评估装置4。超声波传感器3的数量和布置仅在图1中通过示例的方式示出，并且可以根据实施例而变化。在示例性实施例中，多个超声波传感器3布置在机动车辆1的前保险杠5上；多个超声波传感器3还设置在机动车辆1的后保险杠6上。关于超声波传感器3的安装类型，可以提供两个可替代的实施例。一方面，超声波传感器3可以分别布置在相应的保险杠5,6中的凹部中，其结果是，相应的超声波传感器3的膜片布置在保险杠5,6中相应的连续凹部内部。然而，另一方面，也可以提供在相应的保险杠5,6之后隐藏地安装超声波传感器3，其结果是，超声波传感器3的膜片抵靠在相应的保险杠5,6的后侧上，并且穿过保险杠5,6的材料发射和接收超声波信号。
超声波传感器3分别设计为记录到机动车辆1周围区域中的障碍物的距离。分别测量的距离值从超声波传感器3传输到中心评估装置4，中心评估装置4处理来自超声波传感器3的测量值。多个驾驶员辅助系统7a至7x可以设置在机动车辆1中，该驾驶员辅助系统设计为在机动车辆1中提供不同的功能，准确地使用超声波传感器3的测量距离。图1示出了作为单独部件的不同的驾驶员辅助系统7a至7x；然而，多个功能也可以由共同的控制装置提供，该控制装置则承担多个驾驶员辅助系统的功能。例如，以下系统可以设置为驾驶员辅助系统7a至7x：泊车辅助系统，其中测量的距离被声学地和/或光学地输出，用于自动泊车的自动泊车辅助系统，自动制动辅助系统，其用于基于来自超声波传感器3的测量值检测的碰撞风险来自主制动机动车辆1，用于盲点监控的系统，间隔系统，碰撞检测系统等。
对于每个超声波传感器3，评估装置4可以分别检查该超声波传感器3是否被附加质量(如污物和/或冰和/或雪)覆盖，并且因此在其功能方面被阻挡。为此目的，对于每个超声波传感器3记录至少一个振荡参数的当前实际值，所述值描述相应超声波传感器3的声学行为。至少一个振荡参数的实际值从相应的超声波传感器3传输到评估装置4，其结果是后者记录至少一个振荡参数的当前实际值。在这种情况下，例如相应的共振频率和/或相应的衰减时间可以被记录为振荡参数。然后优选地在评估装置4中对于每个超声波传感器3连续地执行检测算法，在该算法期间将至少一个振荡参数的相应当前实际值与存储的极限值进行比较。在这种情况下，这样的极限值可以具有上定义和下定义。如果评估装置4检测到震荡参数的实际值穿过(超过或低于)相关联的极限值，则评估装置4可以将其解释为超声波传感器3在其功能方面被附加质量阻挡的效果。在这种情况下，评估装置4可以产生相应的报警信号，其用于警告驾驶员需要清洁超声波传感器3。
此外，评估装置3可以可选地联接到不同于超声波传感器3的至少一个环境传感器8，例如雷达传感器和/或激光雷达传感器和/或相机。然后，该环境传感器8还提供与机动车辆1周围的区域相关的传感器数据，并且将这些传感器数据传输到评估装置4。
下面参考图2更详细地解释根据本发明的一个实施例的方法：根据步骤S1，评估装置4记录相应超声波传感器3的上述至少一个振荡参数，例如衰减时间和/或共振频率。在另一步骤S2中，执行检测算法，在该算法期间评估至少一个振荡参数并且在这种情况下与至少一个极限值进行比较。基于该比较，然后根据步骤S3进行检查，以便确定超声波传感器3是否被阻挡。如果不是这种情况，则该方法返回到步骤S1。如果超声波传感器3被阻挡，则根据步骤S4输出报警信号，并且发出清洁超声波传感器3的需要的信号。该报警信号可以光学地或视觉地和/或声学地和/或触觉地输出。
以并行方式或者同时，根据步骤S5，评估装置4从超声波传感器3接收传感器数据和/或从至少一个分开的环境传感器8接收传感器数据。根据步骤S6，评估装置4然后基于传感器数据检测车辆外部的物体9(比较图1)。在这种情况下，物体9随着时间被追踪，这意味着其相对于机动车辆1和超声波传感器3的位置被连续地记录。换句话说，在评估装置4中提供机动车辆1周围的区域的数字地图，并且在周围区域的数字地图中输入物体9的位置。在这种情况下在步骤S7中确定物体9的当前位置。
关于物体9的追踪，现在可以提供不同的实施例：一方面，可以使用来自超声波传感器3的传感器数据，其可以通过所谓的交叉测量(间接测量)和直接测量提供。在交叉测量的情况下，第一超声波传感器3发射超声波，而另一超声波传感器3作为接收目标回波的接收传感器操作。相反，在直接测量的情况下，相同的超声波传感器3既作为发射传感器又作为接收传感器，其结果是该超声波传感器3发射超声波并接收目标回波。作为特别是交叉测量的结果，可以精确地记录物体9的相对位置。附加地或可替代地，来自至少一个环境传感器8的传感器数据也可以用于确定物体9的相对位置。它们还可以可选地与来自超声波传感器3的传感器数据结合。
根据步骤S8，评估装置4检查来自超声波传感器3的当前距离D是否落在预定的极限值G之下。在这种情况下，该阈值G对应于超声波的信号传播时间，其大于或等于超声波传感器3的衰减时间的正常值，也就是说，当超声波传感器3不被阻挡时确立的衰减时间。因此，用于距离D的阈值G可以特别地对应于超声波传感器3的盲区，在该盲区中不可能进行检测，因为在衰减时间期间也接收目标回波。
根据步骤S8，如果检测到距离D大于阈值G，则该方法再次返回到步骤S5。如果检测到小于阈值G，则可以有两种可替代的过程：一方面，评估装置4可以根据步骤S3忽略阻挡状态的检测，并且可以防止报警信号的输出。另一方面，根据步骤S2检测算法的性能可以被短暂地中断。这些测量仅在物体9的距离D再次超过预定阈值G之前进行。
如果距离D小于阈值G并且物体9因此在超声波传感器3的盲区中，则可以借助于外推和/或基于来自其它超声波传感器3和/或来自至少一个环境传感器8的传感器数据追踪物体9。因此，当物体9位于超声波传感器3的盲区时，物体9相对于超声波传感器3的位置也是已知的。

Claims (9)

1.一种用于检测机动车辆(1)的超声波传感器(3)的阻挡状态的方法，其中记录所述超声波传感器(3)的至少一个振荡参数，并且所述机动车辆(1)的评估装置(4)执行检测算法，所述检测算法用于为了检测阻挡状态的目的而评估所述至少一个振荡参数；
其特征在于，
在所述机动车辆(1)周围的区域中的物体(9)通过所述评估装置(4)基于来自所述机动车辆(1)的至少一个传感器(3,8)的传感器数据而被检测，在这种情况下，当所述物体(9)和所述超声波传感器(3)之间的距离(D)低于预定阈值(G)时，不由所述评估装置(4)执行检测算法，或使用检测算法检测到的超声波传感器(3)的阻挡状态被所述评估装置(4)忽略，忽略阻挡状态的检测意味着报警信号被所述评估装置(4)略过。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述距离(D)的阈值(G)对应于超声波的信号传播时间，其大于或等于所述超声波传感器(3)的衰减时间。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
基于所述传感器数据随时间追踪所述物体(9)，其结果是，所述物体(9)相对于所述超声波传感器(3)的位置由所述评估装置(4)基于所述传感器数据连续地确定。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述传感器数据由所述超声波传感器(3)提供。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
基于来自所述超声波传感器(3)的传感器数据追踪所述物体(9)包括推断所述物体(9)的相对位置，和/或在所述物体(9)进入所述超声波传感器(3)的盲区之后基于来自所述机动车辆(1)的与所述超声波传感器(3)独立的至少一个环境传感器的传感器数据确定它。
6.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述传感器数据由所述机动车辆(1)的与所述超声波传感器(3)独立的至少一个环境传感器提供。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
共振频率和/或衰减时间和/或振荡振幅被作为振荡参数评估。
8.一种用于机动车辆(1)的超声波传感器设备(2)，具有至少一个超声波传感器(3)，并且具有评估装置(4)，其设计为记录所述超声波传感器(3)的至少一个振荡参数，并且执行检测算法以便通过评估所述至少一个振荡参数来检测所述超声波传感器(3)的阻挡状态，
其特征在于，
所述评估装置(4)设计为基于来自所述机动车辆(9)的至少一个传感器(3,8)的传感器数据检测在所述机动车辆(1)周围的区域中的物体(9)，所述评估装置(4)还以这样的方式设计，当所述物体(9)和所述超声波传感器(3)之间的距离(D)低于预定阈值(G)时，不执行检测算法，或使用检测算法检测到的超声波传感器(3)的阻挡状态被所述评估装置(4)忽略，忽略阻挡状态的检测意味着报警信号被所述评估装置(4)略过。
9.一种机动车辆，具有根据权利要求8所述的超声波传感器设备(2)。
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