CN110073242B - 用于运行超声传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于运行超声传感器的方法，其中，彼此相继地执行多个测量周期。在每个测量周期中，‑借助激励脉冲将所述超声传感器的电声转换器激励进行机械振动，由此，通过所述转换器发送测量信号；‑通过所述转换器接收回波信号；并且‑由所述回波信号求取对象信息。在此根据本发明，在两个时间上彼此相继实施的测量周期中，所述激励脉冲的频率变化过程不同，其中，在每个测量周期中，从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择所述激励脉冲的频率变化过程。

Description

用于运行超声传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行超声传感器的方法，本发明还涉及一种具有按照根据本发明的方法运行的至少一个超声传感器的距离测量设备。
背景技术
基于超声的测量系统用于测量至处于超声传感器前方的对象的距离。所使用的传感器基于脉冲/回波方法。在这种运行中，超声传感器发送超声脉冲并且测量由对象引起的超声波脉冲的反射(回波)。超声传感器与对象之间的距离通过所测量的回波运行时间和声速来计算。在此，超声传感器充当发送器和接收器。已知的应用例如是用于机动车的距离警报系统、停车位探测器和泊车辅助装置。通常，在这种测量系统中使用多个超声传感器。
在车辆上的已知的距离测量设备中，在前保险杠和/或后保险杠中通常分别使用4至6个超声传感器。为了尽可能快速地检测周围环境，有益的是：保险杠上的所有超声传感器同时发送并且因此可以并行地处理信息。为此，可以为所述超声传感器中的每个选择特定的激励模式——即所谓的代码。
DE 10 2007 029 959 A1公开一种基于超声的用于检测周围环境的测量系统。在此设置：可以借助超声波进行距离测量。为了能够区分彼此相继的脉冲，对这些脉冲进行频率调制。
DE 10 2013 021 845 A1又公开一种借助超声来测量距离的方法。在此设置：为了进行区分，可以对各个超声信号进行编码。
例如可以通过如下方式处理接收路径中的信号：通过信号匹配的滤波器(所谓的“匹配滤波器”)对所接收的信号进行滤波。
通常，将所谓的“理想代码”用于激励。“理想代码”的特征在于代码是彼此正交的，也就是说，匹配滤波器对代码如此起作用，使得在很大程度上抑制陌生代码。然而在实际情况中，通过匹配滤波器几乎无法实现完全抑制。
现在给距离测量设备的超声传感器分配一个确定的代码，因此对于使用相同编码的陌生车辆而言，当所参与的超声传感器相对置时，干扰恰好最大。
发明内容
因此，本发明基于以下任务：说明一种用于运行超声传感器的方法，在该方法中，减少尤其可能通过其他车辆的超声信号引起的干扰的影响。
本发明基于以下构想：对由根据本发明运行的超声传感器发送的信号进行编码。在此，要么借助随机选择的代码、要么借助随机选择的代码序列进行编码。附加地，优选可以使超声信号的发送时刻随机抖动(verjittern)。以这种方式可以确保(例如尤其在两个车辆相遇(aufeinandertreffen)时)在很大程度上避免相邻超声系统的干扰影响。在此，根据本发明，在每个测量周期之后设置代码的变换。将直至同一传感器的重新发送运行的完整循环称为测量周期。
因此，提出一种用于运行超声传感器的方法，其中，彼此相继地执行多个测量周期。在每个测量周期中，
-借助激励脉冲将超声传感器的电声转换器激励进行机械振动，由此，通过转换器发送测量信号；
-通过转换器接收回波信号；
-由该回波信号求取对象信息。
在此根据本发明，在时间上彼此相继实施的测量周期中，激励脉冲的频率变化过程不同，其中，在每个测量周期中，从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择激励脉冲的频率变化过程。
换句话说，因此根据本发明设置：借助特定代码来运行用于测量距离的超声传感器。每个代码相应于一种确定的激励模式，其中设置：在每个激励之后，使用另一激励模式(即另一代码)用于时间上随后的重新激励。在此，根据本发明的第一变型方案，可以在每个测量周期中从代码的预给定的组中随机地选择代码。根据第二变型方案，固定地预给定以下顺序：根据该顺序从代码的预给定的组中选择代码。
优选地，将由至少两个测量周期所求取的对象信息彼此进行比较，并且根据比较的结果识别干扰。在此，“干扰”尤其理解为如下可能由陌生的超声传感器所引起的错误测量，该陌生的超声传感器例如是陌生车辆的距离测量系统的一部分。
优选地，使发送时刻在相应的测量周期内随机抖动。这意味着，将相应的激励脉冲施加到转换器上的时刻相对于测量周期的开始时刻偏移一个随机选择的持续时间。该持续时间与相应测量周期的总持续时间相比尤其小并且例如可以处于1至10ms的范围内，其中，测量周期的总持续时间例如可以是约40ms。这种实施方案在本发明的第二变型方案中是特别有利的，因为在第二变型方案中，虽然同步的概率降低，但是在所选择的激励模式(代码)的确定性顺序中始终导致干扰。通过发送时刻的随机抖动可以将这种效应进一步最小化。对于第一变型方案来说，抖动也是有利的。
此外，有利的是，从组中选择如下激励模式(代码)：所述激励模式如此构造，使得所述激励模式最大地相互抑制。这例如通过使该组的代码彼此正交来实现。
在一种优选实施方案中，第一测量周期的第一激励脉冲的持续时间与第二测量周期的第二激励脉冲的持续时间不同，其中，第二测量周期在时间上跟随第一测量周期。在此，第二测量周期可以直接跟随第一测量周期。也就是说，在第一测量周期与第二测量周期之间不再发送另外的信号，然而在第一测量周期与第二测量周期之间可能存在不进行激励的暂停。替代地，第二测量周期可以不直接跟随第一测量周期，而是在第一测量周期与第二测量周期之间进行另外的激励。
替代地或附加地，第一测量周期的第一激励脉冲的幅度可以与第二测量周期的第二激励脉冲的幅度不同。因此，导致相应的所发送的信号的声压不同。在此，第二测量周期可以直接跟随第一测量周期。也就是说，在第一测量周期与第二测量周期之间不发送另外的信号，然而在第一测量周期与第二测量周期之间可能存在不进行激励的暂停。替代地，第二测量周期可以不直接跟随第一测量周期，而是在第一测量周期与第二测量周期之间进行另外的激励。
激励脉冲优选实施为频率调制的脉冲。在本发明的意义上，频率调制的激励脉冲应理解为其频率在脉冲持续时间期间变化的任何激励脉冲。在此，可以设置频率的连续的或/或不连续的变化。替代地或附加地，也可以使用具有连续恒定的激励频率的脉冲。
在本发明的一种优选实施方式中，尤其通过线性的频率变化过程(尤其在40kHz至60kHz之间的频率范围内)对相应的激励脉冲进行调制。这意味着，相应的激励脉冲的频率从开始频率出发连续地并且尤其线性地上升或下降至结束频率。这种激励也称为“线性调频(Chirp)”。在此，优选从40kHz至60kHz的频率范围选择开始频率和结束频率。
在本发明的一种特别优选的实施方案中，借助匹配滤波器(也称为最佳滤波器或相关滤波器)对所接收的回波信号进行滤波。由此，可以有利地改善信噪比，其方式是：在选择滤波器时以已知的方式使用激励脉冲的已知的信号形状。根据滤波结果，以更高的准确度求取对象信息。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，根据来自至少两个测量周期的对象信息的比较的结果，计算所检测的对象实际存在的概率或存在错误测量的概率。因此，可以在错误测量(“假阳性”)的意义上特别高效地抑制由陌生车辆的超声信号所引起的干扰。
在本发明的一种优选实施方案中，在超声传感器的运行中设置至少四个测量周期，其中，在每个测量周期中，借助具有另一激励模式或频率变化过程的激励脉冲对超声传感器的转换器进行操控，在此，在每个测量周期中要么从可能的激励模式的组中随机地选择激励模式，要么根据预给定的顺序从该组中选择激励模式。
根据本发明的第二方面，设置一种尤其用于机动车的距离测量设备，该机动车包括按照上述方法中任一种运行的至少一个超声传感器。
尤其设置一种距离测量设备，其具有按照上述实施的方法运行的多个超声传感器，其中，所述超声传感器在机动车的车身件上成排地布置。在此，如此运行超声传感器，使得彼此相邻布置的超声传感器具有在时间上不重叠的测量周期。
附图说明
图1示意性地示出具有多个根据本发明的实施方案的超声传感器的距离测量设备；
图2示出激励脉冲的可能的频率变化过程的四个曲线图；
图3示出距离测量设备的不同超声传感器的测量周期的序列的表格，该距离测量设备具有多个根据本发明的实施方案的超声传感器。
具体实施方式
在本发明的实施例的以下描述中，相同的元件以相同的附图标记标注，其中，必要时省去对这些元件的重复性描述。附图仅示意性地示出本发明的主题。
图1以俯视图示意性地示出具有前保险杠27和后保险杠28的机动车20，在该前保险杠上成排地布置有超声传感器1至6，在该后保险杠上成排地布置有超声传感器7至12。超声传感器1至12是用于检测机动车20的周围环境的距离测量设备的一部分。此外，在机动车20的周围环境中示出可以借助超声传感器检测的对象19。该对象例如可以涉及交通障碍物(例如桶、路牌或灯)以及也可以涉及另一车辆。
超声传感器1至12中的每个具有电声转换器，通过频率调制的激励脉冲激励该电声转换器进行机械振动，由此，通过转换器发送测量信号30。本发明不局限于如下情况：超声传感器布置在机动车20的尾部或前部上。替代地或附加地，其他的超声传感器例如可以布置在机动车20的侧面的(尤其门的)区域中。
结合超声传感器3示例性地示出所发送的测量信号30的发送锥以及表示发送方向的方向箭头31。可以看出：发送锥到达对象19，从而测量信号30部分地由对象19在朝向超声传感器3的方向上以第二发送锥(回波)32反射。
超声传感器3记录反射并且确定发送脉冲的发送与反射的接收之间的总经过时间。在已知信号速度(例如约343m/s的空气中的声速)的情况下，可以由经过时间计算出对象19与超声传感器3的距离。
对于其他的超声传感器适用相同的测量原理。
现在，超声传感器3不仅可以接收由对象19反射的测量信号，而且可以接收由另一声源21(例如陌生车辆)发出的超声信号33。这可能导致错误的测量结果，或者，可能由距离测量系统识别到对象，尽管实际上不存在对象(“假阳性”)。
为了克服这些问题，如此运行超声传感器3，使得彼此相继地执行多个测量周期。在每个测量周期中，使用与之前测量周期中不同的激励脉冲来激励电声转换器，其中，在时间上彼此相继实施的测量周期中，激励脉冲的相应频率变化过程不同。在此，在每个测量周期中，从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择激励脉冲的频率变化过程。
尤其可以将频率调制的激励脉冲(代码)选择成如下激励模式：该激励模式构造成所谓的“线性FM线性调频”。这意味着，激励频率在激励脉冲期间从开始频率线性地变化至目标频率。然而，本发明不局限于这种类型的频率调制，也可以设想其他的激励模式——例如在激励脉冲期间上升然后又下降的频率。此外，例如也可以使用至少区段式恒定的频率变化过程。为此，本领域技术人员已知各种其他的构型可能性。
根据本发明的一种优选实施方式，现在对超声传感器1至12中的每个逐发地(vonSchuss zu Schuss)如此改变激励模式(代码)，使得在时间上彼此相继实施的测量周期中，激励脉冲的相应频率变化过程不同，其中，在每个测量周期中从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择激励脉冲的频率变化过程。
频率调制的激励脉冲的示例性激励模式在附图中以曲线图41-44示出。在此，分别相对于时间绘制频率。这些激励模式优选构成如下组：在每个测量循环中，从该组选择激励模式作为用于超声传感器1至12的转换器的激励脉冲。在此，要么可以随机地进行选择，要么可以根据预先确定的顺序进行选择。在该示例中，频率f0是48kHz，脉冲持续时间T是1.6ms。
在图2中所示的示例性实施例中设置，可能的激励模式的组包含以下激励模式(代码)：
-实施具有1.6ms(＝1600μs)的持续时间的从f0＝48.5kHz的开始频率至f0+Δf＝53.5kHz的结束频率的线性调频41。激励脉冲的这种形式在下面以符号C11标注；
-实施具有1.6ms(＝1600μs)的持续时间的从f0＝48kHz的开始频率至f0-Δf＝43kHz的结束频率的线性调频42。激励脉冲的这种形式在下面以符号C9标注；
-实施具有1.6ms(＝1600μs)的持续时间的从54kHz的开始频率至45kHz的结束频率的线性调频43。激励脉冲的这种形式在下面以符号C3标注；
-实施具有1.6ms(＝1600μs)的持续时间的从43.5kHz的开始频率至52.5kHz的的结束频率的线性调频44。激励脉冲的这种形式在下面以符号C4标注；
现在可以在超声传感器中的每个中以确定的或随机的顺序实施这些激励模式，其中，在超声传感器中，时间上彼此相继的周期分别优选在其相应的激励模式方面有所不同。
优选地，可以附加地通过激励脉冲C9、C11、C3或C4中的一个来实现激励的开始时刻t0的抖动。
应指出的是，根据图2的激励模式的图示应理解为示意性地而不应理解为按比例的。
在图3中以表格形式示出超声传感器1至12的操控的时间变化过程的可能示例。在此，表格的行涉及可用于测量周期的时间区间。在这些时间区间中，不仅进行电声转换器的激励，而且进行所反射的超声信号的接收以及对象信息的求取。这些时间区间可以分别具有相等的长度，但是也可以设置不同的长度。
表格的列分别涉及一对分别布置在前部上和尾部上的超声传感器1和7、2和8、3和9、4和10、5和11、以及6和12，在该示例中，对所述超声传感器分别同时借助相同的激励模式操控。
在该示例中，在距离测量设备的运行的开始时，在相应于超声传感器1的第一测量周期的第一时间区间1a中，借助C3形式的激励脉冲对超声传感器1和超声传感器7进行操控，即给超声传感器1和7的相应电声转换器加载相应的激励脉冲，并且分别发送相应的测量信号。同时，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器3和9进行操控。同样地，同时借助C9形式的激励脉冲对超声传感器5和11进行操控。
在时间上紧接着第一时间区间，在第二时间区间1b中分别借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对2/8进行操控。同时，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对4/10进行操控。同样地，同时借助C3形式的激励脉冲对超声传感器对6/12进行操控。
在时间上随后的第三时间区间2a中，借助C4形式的激励脉冲对超声传感器对1/7进行操控。同时，借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对3/9进行操控。同样地，同时借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对5/11进行操控。
在时间上随后的第四时间区间2b中，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对2/8进行操控。同时，借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对4/10进行操控。同样地，同时借助C4形式的激励脉冲对超声传感器对6/12进行操控。
在时间上随后的第五时间区间3a中，借助C3形式的激励脉冲对超声传感器对1/7进行操控。同时，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对3/9进行操控。同样地，同时借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对5/11进行操控。
在时间上随后的第六时间区间3b中，借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对2/8进行操控。同时，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对4/10进行操控。同样地，同时借助C3形式的激励脉冲对超声传感器对6/12进行操控。
在时间上随后的第七时间区间4a中，借助C4形式的激励脉冲对超声传感器对1/7进行操控。同时，借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对3/9进行操控。同样地，同时借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对5/11进行操控。
在时间上随后的第八时间区间4b中，借助C11形式的激励脉冲对超声传感器对2/8进行操控。同时，借助C9形式的激励脉冲对超声传感器对4/10进行操控。同样地，同时借助C4形式的激励脉冲对超声传感器对6/12进行操控。
如果考虑单个超声传感器或超声传感器对，则由根据图3的表格清楚的是：每个超声传感器或每个超声传感器对单独地观察逐发地(即在相应传感器或传感器对的时间上彼此相继的测量周期中)改变其激励模式。因此，例如借助超声传感器1在第一时间区间中执行测量。因此，第一时间区间相应于超声传感器1的第一测量周期。在该第一测量周期中，借助具有C3形式的频率调制的激励脉冲将超声传感器1的电声转换器激励进行机械振动。在测量周期结束之后，超声传感器1保持无源，直至在第三时间区间中执行超声传感器1的第二测量周期。在该第二测量周期中，借助C4形式的频率调制的激励脉冲将超声传感器1的电声转换器激励进行机械振动。超声传感器1的第三测量周期发生在第五时间区间中。超声传感器1的第四测量周期发生在第七时间区间中。因此，在每个测量周期中，频率调制的激励脉冲的频率变化过程不同。这也适用于所有其他的超声传感器2至6。
同样清楚的是：不同时运行相邻布置的传感器。
在通过超声传感器1至12中的一个发送测量信号30之后，相应的超声传感器1至12可以接收所反射的超声信号。通过对所接收的信号进行相应的滤波，可以将实际的回波信号与陌生信号33区分开，所述滤波尤其以“匹配滤波器”的形式匹配于激励脉冲的频率变化过程，其方式是：通过滤波器抑制陌生信号。通过根据本发明的实施方案(在时间上彼此相继实施的测量周期中，激励脉冲的相应频率变化过程不同，其中，在每个测量周期中从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择激励脉冲的频率变化过程)确保，即使在陌生车辆上同类型地构造有距离测量系统的情况下，存在如下情况的几率也非常小：陌生信号33恰好具有与自身测量信号30相同的频率变化过程。

Claims (14)

1.一种用于运行超声传感器(1-12)的方法，其中，彼此相继地执行多个测量周期，其中，在每个测量周期中，
借助激励脉冲将所述超声传感器(1-12)的电声转换器激励进行机械振动，由此，通过所述转换器发送测量信号(30)，
通过所述转换器接收回波信号，
由所述回波信号求取对象信息，
其中，在两个时间上彼此相继实施的测量周期中，所述激励脉冲的频率变化过程(41，42，43，44)不同，其特征在于，在每个测量周期中，从预给定的频率变化过程的组中随机地或根据预给定的顺序选择激励脉冲的频率变化过程(41，42，43，44)，其中，根据来自至少两个测量周期的对象信息的比较的结果，计算所检测的对象实际存在的概率或存在错误测量的概率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将来自至少两个测量周期的对象信息彼此进行比较，并且根据所述比较的结果识别干扰。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激励脉冲具有100μs至3000μs的总持续时间T。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一测量周期的第一激励脉冲的持续时间与第二测量周期的第二激励脉冲的持续时间不同。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一测量周期的第一激励脉冲的幅度与第二测量周期的第二激励脉冲的幅度不同。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个激励脉冲实施为频率调制的激励脉冲。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在开始频率与结束频率之间对至少一个激励脉冲进行调制，其中，所述开始频率和所述结束频率选自40kHz至60kHz之间的频率范围。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助匹配滤波器对所述回波信号进行滤波，并且根据滤波结果求取对象信息。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，执行至少两个测量周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置四个或更多的测量周期。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激励脉冲具有1600μs的总持续时间(T)。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过线性的频率变化过程(41，42，43，44)在开始频率与结束频率之间对至少一个激励脉冲进行调制。
13.一种用于机动车(20)的距离测量设备，所述机动车包括按照根据权利要求1至12中任一项所述的方法运行的至少一个超声传感器(1-12)。
14.一种距离测量设备，所述距离测量设备包括按照根据权利要求1至12中任一项所述的方法运行的多个超声传感器(1-12)，其中，所述超声传感器(1-12)在机动车(20)的车身件上成排地布置，其特征在于，如此运行所述超声传感器(1-12)，使得彼此相邻布置的超声传感器(1-12)具有在时间上不重叠的测量周期。
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