CN110268281B - 用于运行车辆的隐蔽地安装的超声传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行车辆(10)的超声传感器(14)的方法，其中，该超声传感器(14)隐蔽地安装，该超声传感器(14)的膜片(16)与车辆部件(12)连接，其中，车辆部件(12)的当前特性影响所述超声传感器(14)的方向特性，其中，在使用所述超声传感器(14)情况下的脉冲回波测量中，使用阈值来隐没干扰信号。在此设置，使所述阈值匹配于所述超声传感器(14)的方向特性，所述方向特性由所述车辆部件(12)的当前特性预给定。本发明的其他方面涉及一种驾驶辅助系统(60)以及一种计算机程序，所述驾驶辅助系统包括至少一个隐蔽地安装的超声传感器(14)，所述计算机程序设置用于实施所述方法。

Description

用于运行车辆的隐蔽地安装的超声传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行车辆的超声传感器的方法，其中，所述超声传感器隐蔽地(verdeckt)安装，使得所述超声传感器的膜片与车辆部件连接，其中，车辆部件的当前特性影响超声传感器的方向特性。本发明的其他方面包括一种驾驶辅助系统以及一种计算机程序产品，所述驾驶辅助系统包括至少一个隐蔽地安装的超声传感器，所述计算机程序产品设置用于实施所述方法。

背景技术

现代车辆配备有各种驾驶辅助系统，这些驾驶辅助系统借助关于车辆周围环境的数据来支持驾驶员执行各种驾驶操作。为了完成其任务，这种驾驶辅助系统需要车辆周围环境的尽可能准确的图像。可以借助各种传感器(例如借助超声传感器)来产生车辆周围环境的图像。在此，通过超声传感器发射信号，当该信号在障碍物上反射时，该信号的回波又由车辆上的(即与进行发射的超声传感器相同的或不同的)超声传感器记录。由从信号的发射到接收经过的时间以及由已知的信号传播速度，可以计算出车辆与进行反射的障碍物之间的距离。这种超声传感器具有如下视场：在视场内可以感知到这些障碍物。在此，超声传感器的灵敏度向其视场的边缘减小。为了隐没(Ausblenden)干扰信号而设置阈值，所述干扰信号例如由于地面的不平坦性而产生，使得地面部分地反射所发射的信号。仅当所接收的回波信号的信号强度大于该阈值时，才推断出存在障碍物。

出于美观的原因，优选在车辆上隐蔽地布置超声传感器。为此例如将这些超声传感器安装到保险杠或另一车辆部件后面，使得这些超声传感器不可见。在此应注意的是，车辆部件的特性影响超声传感器的特性——尤其影响超声传感器的视场。

由文献DE 10 2015 211 467 B3已知用于调整超声传感器的灵敏度的一种方法和一种设备。为了隐没干扰而设置干扰阈值，在超声传感器的运行期间求取该干扰阈值。为了避免由于强烈干扰而将阈值调整得如此不敏感，使得视场(视野)显著发生改变，设置最大阈值。如果所求取的干扰阈值大于最大阈值，则使用最大阈值。如果所求取的干扰阈值小于最大阈值，则使用所求取的干扰阈值。如此确定最大阈值，使得在探测区域中能够连续地求取到参考对象。

由DE 10 2004 037 723 A1已知一种具有可调整的检测范围的超声传感器。通过改变超声传感器的开关点曲线来调整该检测范围，其中，超声传感器的开关点曲线的改变是通过影响阈值曲线来实现的。附加地可以实现，根据诸如温度的周围环境条件来自主地调整阈值。

在隐蔽地安装的超声传感器中，将超声发射器的膜片与车辆部件如此连接，使得车辆部件以及膜片共同构造成振动系统，该振动系统发射超声信号，并且又接收被反射的回波。因此，这种振动系统的特性不仅通过超声传感器和超声传感器的膜片预给定，而且还取决于车辆部件的材料特性。因此期望的是，在超声传感器运行时还一并考虑车辆部件的当前的材料特性。

发明内容

提出一种用于运行车辆的超声传感器的方法，其中，超声传感器隐蔽地安装，使得超声传感器的膜片与车辆部件连接，其中，车辆部件的当前特性影响超声传感器的方向特性。在超声传感器的运行期间，在使用超声传感器的情况下实施脉冲回波测量，其中，在脉冲回波测量中使用阈值来隐没干扰信号。在此设置，使该阈值匹配于超声传感器的方向特性，该方向特性由车辆部件的当前特性预给定。

在第一变型方案a)中，通过以下方式来使阈值匹配于当前的方向特性：求取温度，并且在使用温度与方向特性之间的预先求取的关系的情况下来确定阈值。

在第二变型方案b)中，通过以下方式来使阈值匹配于方向特性：确定由膜片和车辆部件构成的振动系统的谐振频率，并且在使用谐振频率与方向特性之间的预先求取的关系的情况下来确定阈值。

对于超声传感器的隐蔽式安装而言，优选将该超声传感器布置在车辆部件的外壁的内侧上。在此，通常将超声传感器的膜片与车辆部件的外壁连接。车辆部件例如可以涉及保险杠。这种连接例如可以通过粘接来实现。

在超声传感器的运行期间，实施脉冲回波测量，其中，借助超声传感器发射超声信号，并且又接收周围环境中的对象的回波。为了区分对象的回波与干扰信号而使用阈值。如果所接收的回波信号的信号幅度大于阈值，则将所接收的回波信号解读为周围环境中的对象的回波。如果信号幅度小于阈值，则将所接收的回波信号理解为干扰信号并且将其隐没。

所使用的超声传感器具有如下视野：在该视野的范围内可以探测到所述对象。在此，超声传感器的灵敏度向视野的边缘减小。该视野取决于超声传感器的方向特性。方向特性描述超声辐射的方向相关性并且可以通过竖直的或水平的张角来表征。在此，通常通过所发射的超声信号的幅度下降到预给定的值来定义该张角。该幅度又取决于所使用的超声信号的频率、声转换器的特性、车辆部件的材料特性(超声传感器的膜片与该车辆部件连接)以及膜片与车辆部件之间的连接的特性。这些材料特性可能根据当前的周围环境条件(尤其根据当前的温度)而发生变化。尤其对于通常用作车辆部件(如保险杠)的材料的塑料而言，材料参数随温度而发生变化。而且，例如超声传感器与车辆部件之间的连接的特性(例如粘接连接的材料特性也随温度而发生变化。材料参数的这些变化尤其导致由车辆部件和膜片构成的振动系统的谐振频率发生偏移。在此，必要时为了连接超声传感器与车辆部件而使用的材料(例如粘合剂)同样是振动系统的一部分。在此，作为方向特性的度量的张角尤其取决于振动系统的谐振频率，因为该张角取决于波长与膜片直径的商。在温度变化时，膜片直径近似保持恒定，使得在温度变化时，方向特性基本上由谐振频率的变化所确定。在温度降低时，谐振频率偏移至更高的频率，这导致水平张角和竖直张角的减小。在温度上升时，谐振频率降低，并且水平张角和竖直张角增大。

在张角增大时(尤其竖直张角增大时)，超声传感器的方向特性如此改变，使得布置在车辆上的超声传感器所发射的超声信号更早地(即以至车辆更近的距离)并且以更大的强度到达地面。因此，可以预期：通过地面上的反射造成的干扰信号的强度也增加。因此，结合隐蔽地安装的超声传感器，在现有技术中通常如此选择用于隐没干扰信号的阈值，使得即使在最高的预期温度情况下，也可以可靠地隐没干扰信号。然而这导致：在低温的情况下(这导致水平张角和竖直张角减小，从而导致方向特性减小)，与高的周围环境温度相比，超声传感器的视野在低的周围环境温度情况下更小。因此，根据所提出的方法的变型方案，优选地，如果方向特性由于周围环境条件的变化而如此改变，使得水平和/或竖直张角减小，则降低阈值；相反地，如果方向特性由于周围环境条件的变化而如此改变，使得竖直和/或水平张角增大，则增大阈值。

优选地，变型方案a)的温度涉及通过车辆的温度计求取的外部温度。在此有利的是，车辆通常具有用于确定外部温度的温度计，从而无须布置其他的传感器。替代地，可以在车辆部件上布置附加的温度传感器，或者将附加的温度传感器集成到超声传感器中，使得变型方案a)的温度是车辆部件的通过这些温度传感器求取的温度。在这种替代方案中，虽然需要布置另一传感器，但是直接确定车辆部件的温度比测量外部温度更准确。

优选地，通过测量预先求取温度与方向特性之间的关系和/或谐振频率与方向特性之间的关系。为此，例如可以将隐蔽地安装在车辆部件上的超声传感器布置在气温箱(Klimakammer)中，其中，对于不同的温度，确定定义方向特性的张角(尤其水平张角和竖直张角)。在求取温度与方向特性之间的关系时，在此无需针对所调整的温度中的每个确定超声传感器的谐振频率。为了确定谐振频率与方向特性之间的关系，(例如通过调整不同的温度)改变振动系统的谐振频率，对于不同的(例如借助温度变化而调整的)谐振频率，确定定义方向特性的张角(尤其水平张角和竖直张角)。

在该方法的一种变型实施方案中，借助所执行的测量来确定数值表，该数值表包含针对预给定的温度或谐振频率的所求取的水平张角和/或竖直张角。替代地或附加地可以确定如下数值表：该数值表包含针对一温度或一谐振频率的最佳预给定阈值。在后者的情况下，可以在超声传感器的运行期间省去用于确定最佳阈值的复杂计算，可以直接借助所确定的温度或所确定的谐振频率而分别从数值表读取最佳阈值。

优选地，将预先确定的数值表存储在控制设备的储存器中，使得这些数值表在超声传感器的运行期间可供使用。

替代地或附加地，例如可以借助曲线拟合方法来确定近似公式，该近似公式描述：方向特性或定义方向特性的水平张角和/或竖直张角与温度或与谐振频率的相关性。替代地或附加地，例如可以通过曲线拟合法来确定近似公式，借助该近似公式可以根据温度或谐振频率确定最佳阈值。例如可以将这些预先求取的近似公式存储在控制设备的存储器中，使得这些近似公式在实施该方法时可供使用。

优选地，为了根据该方法的变型方案b)确定谐振频率，实施超声传感器的阻抗测量。为了执行阻抗测量，优选以不同频率的电信号来激励超声传感器的声转换器，其中，分别对电阻进行测量。在谐振频率的范围内，声转换器的电阻下降，从而可以推导出谐振频率。

作为另一变型方案c)，提出一种用于运行车辆的超声传感器的方法，其中，超声传感器被隐蔽地安装，使得超声传感器的膜片与车辆部件连接，其中，车辆部件的当前特性影响超声传感器的方向特性。在超声传感器的运行期间，在使用超声传感器的情况下实施脉冲回波测量，其中，在脉冲回波测量时使用阈值来隐没干扰信号。在此设置，通过以下方式来对超声传感器的阈值进行匹配：在使用在脉冲回波测量中接收的干扰信号的情况下调节阈值。

优选地，根据按照变型方案c)的方法的调节如此调节阈值，使得保持恒定的预给定的误报率(Falschalarmrate)。在此，误报是如下干扰信号：该干扰信号具有高于阈值的幅度并且因此被错误地视为对象的回波信号。如果误报率上升，则将阈值增大，反之，如果误报率下降，则将阈值减小。在这种实施变型方案中，为了调节阈值有利地考虑整个信号链，使得除了由于变化的周围环境条件而导致的方向特性的改变之外，还考虑诸如材料老化的其他因素。

应被隐没的干扰信号尤其包含地面反射的信号，在方向特性变宽时(通过方向特性的变宽尤其使水平和/或竖直张角增大)，由地面反射造成的干扰信号的数量增加，在方向特性变窄时(在这种情况下，尤其水平和/或竖直张角减小)，由地面反射造成的干扰信号的数量减少。

根据本发明，此外还提出一种计算机程序，当该计算机程序在可编程计算机装置上运行时，根据该计算机程序执行在此描述的方法中的任一项。该计算机程序例如可以涉及车辆中的用于实现驾驶辅助系统或其子系统的模块。可以将该计算机程序存储在机器可读的存储介质上(例如永久的或可重写的存储介质上)，或将其与计算设备相关联地进行存储，或将其存储在可移除的CD-ROM、DVD、蓝光光盘或U盘上。附加地或替代地，例如在诸如因特网的数据网络中，或者在诸如电话线路或无线连接的通信连接中，可以将该计算机程序提供在诸如服务器的计算机装置上用于进行下载。

根据本发明，还提出一种用于支持车辆驾驶员的驾驶辅助系统。该驾驶辅助系统包括至少一个隐蔽地安装的超声传感器以及控制设备，其中，超声传感器的膜片与车辆部件一起构成振动系统。控制设备设置用于执行在此描述的方法中的一个。因此，在该方法的范畴内所描述的特征相应地适用于该驾驶辅助系统，反之亦然，在驾驶辅助系统的范畴内描述的特征相应地适用于该方法。

例如可以将驾驶辅助系统构型成泊车辅助系统，借助该泊车辅助系统求取车辆周围环境中的停车位，并且必要时将车辆引导到所求取的停车位中的一个中。其他的构型可能性例如是盲点辅助系统或倒车辅助系统，该盲点侦测系统警告车辆驾驶员免受处于盲点中的对象的影响，该倒车辅助系统在倒车行驶时支持驾驶员。

优选地，该驾驶辅助系统附加地包括温度传感器，该温度传感器用于确定与至少一个超声传感器连接的车辆部件的温度。替代地或附加地可以设置，将驾驶辅助系统与车辆的外部温度计连接，以便求取车辆的外部温度。然后，优选结合该方法的变型方案a)的实施方式来使用借助外部温度计或传感器求取的温度。

通过所提出的用于运行隐蔽地安装的超声传感器的方法，将在脉冲回波测量中所使用的用于隐没干扰信号的阈值匹配于超声传感器的当前的方向特性。在隐蔽地安装的超声传感器中，方向特性强烈地取决于周围环境条件，因为方向特性除了取决于超声传感器的特性之外，还取决于车辆部件的特性。随着温度的升高，方向特性如此改变：使得水平张角和竖直张角增大，在所述水平张角和竖直张角下通过超声传感器发射信号。由此，所发射的超声信号在距车辆较短的距离之后就已经并且以较高的强度到达地面，使得由地面反射的地面回波同样以较高的信号强度通过超声传感器接收。在不提出考虑所述方向特性的温度相关性的情况下，必须如此选择阈值，使得即使在车辆部件的最大预期温度的情况下，也可靠地隐没地面回波。然而在此缺点是，低温导致更小的视野。低的温度伴随着小的水平和/或竖直张角，在所述水平和/或竖直张角的情况下，由超声传感器发射信号，其中，高的阈值伴随着更小的视野。通过所提出的阈值的自适应调整，可以在低温的情况下减小这些阈值，使得也记录对象的具有较低信号幅度的反射。由此，有利地扩展了传感器的视野——即如下范围：在该范围内，能够识别到车辆周围环境中的对象。通过匹配于方向特性的阈值选择，传感器的视野不再取决于周围环境温度，使得独立于当前的周围环境温度并且因此独立于传感器的当前的方向特性地、可靠地识别尤其超声传感器的视野边缘的对象。

附图说明

在附图中示出并且在下述说明书中更详细地阐释本发明的实施例。

附图示出：

图1示出具有隐蔽地安装的超声传感器的车辆；

图2a示出水平张角的模拟；

图2b示出竖直张角的模拟；

图3示出地面回波信号的幅度随距超声传感器的距离变化的曲线图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出具有根据本发明的驾驶辅助系统60的车辆10。驾驶辅助系统60包括超声传感器14、温度传感器24和控制设备20。

车辆10包括车辆部件12，该车辆部件构型成保险杠13。保险杠13具有区域11，该区域具有减小的壁厚。在具有减小的壁厚的区域11中，超声传感器14布置在保险杠13的外壁的内侧上。通过将超声传感器布置在保险杠13的外壁的内侧上，超声传感器14从外部不可见，因此，超声传感器14隐蔽地安装在车辆10上。

超声传感器14以其膜片16通过粘接连接18在具有减小的壁厚的区域11中与保险杠13的外壁连接。由此，膜片16以及保险杠13共同构成振动系统。在此，该振动系统的谐振频率(该谐振频率影响张角70、71)尤其取决于车辆部件12或保险杠13的材料特性。在温度升高时，谐振频率减小，这导致张角增大，相反地，温度下降导致谐振频率增大，这导致张角减小。

在图1中示出两个不同的水平张角70、71。在此，在高温情况下实现较大的张角70，在低温情况下实现较低的张角71。

为了识别车辆10的周围环境的对象30、31，通过驾驶辅助系统60借助超声传感器14发射发射信号32，并且又接收由对象30、31所反射的回波34。为了在此隐没由于发射信号32通过地面的反射所引起的干扰信号而设置阈值。仅将其幅度高于阈值的信号解读为对象30、31的回波34。

如果周围环境温度高，则超声传感器14具有较大的张角70，使得具有高幅度的发射信号32不仅到达位于中央的对象30上，而且还到达外围的其他对象31上。因此，由对象30、31所反射的回波34也具有高幅度，使得所反射的回波高于预给定的阈值。

在低的周围环境温的情况下，超声传感器14的方向特性发生改变，使得超声传感器现在具有小的张角71。在由信号幅度的下降所限定的小的张角71内，现在仅还存在位于中央的对象30。位于外围的其他对象31存在于小张角71以外，并且发射信号32仅以强烈减小的幅度到达所述其他对象上，使得其他对象31的回波34在其幅度上也强烈减小。在不对阈值进行匹配的情况下，其他对象31的回波现在低于阈值，使得不再识别到该回波。因此，在不对阈值进行匹配的情况下，其他对象31将位于超声传感器14的视野以外。

然而，由于张角70、71减小，作为干扰信号接收的地面回波的幅度也减小，这是因为图1中未示出的竖直张角也相应地减小，并且发射信号32在距车辆10更大的距离处才到达地面并且以减小的幅度到达地面。因此，根据本发明设置，根据传感器的当前的方向特性来对阈值进行匹配，并且根据参照图1描述的情况来降低阈值。通过降低阈值，即使其他对象31的回波34的幅度减小，也能够检测到其他对象的回波，使得在温度降低的情况下，超声传感器14的视野与不对阈值进行匹配的运行情况下相比增大。

为了匹配阈值，在图1所示的实施方式中设置，在保险杠13上布置温度传感器24。由此，控制设备20能够确定车辆部件12的准确温度。在确定温度之后，然后例如可以从控制设备20的存储器中调用与所测量的温度相匹配的阈值。在一种替代实施方式中，可以省去温度传感器24，并且可以采用车辆10的温度计22。由此，可以测量外部温度，并且使用该外部温度来估计车辆部件12的温度。

在该方法的另一实施方式中，代替温度的测量，测量超声传感器14的声转换器的由于保险杠13的材料特性的改变而改变的谐振频率。这例如可以通过阻抗测量来实现。

在另一替代实施方式中，为了调节阈值，分析处理由超声传感器14所接收的信号。在此，如果误报率低于预给定的值，则增大阈值，如果误报率高于预给定的值，则降低阈值。

在图2a中，针对三种不同的谐振频率，绘制随水平张角α变化的回波信号幅度的模拟。所绘制的回波信号是归一化的，并且该回波信号例如可以来自障碍物或来自地面。在此，第一曲线40针对40kHz的谐振频率示出回波幅度的变化过程，第二曲线42针对48kHz的谐振频率示出回波振幅，并且第三曲线44针对60kHz的谐振频率示出回波振幅。

在图2b中，相应地针对三种不同的谐振频率40kHz、48kHz和60kHz绘制竖直张角β。

从图2a和图2b能够得出，水平张角α或竖直张角β随着谐振频率的增加而减小。由此，发射信号仅在距超声传感器更大的距离处才到达地面，使得相应的回波信号的幅度也减小。

图3针对三种不同谐振频率绘制出脉冲回波测量的接收信号，其中，在Y轴上说明所求取的回波幅度，在X轴上说明以mm为单位的由信号的传播时间计算出的距离。在脉冲回波测量中，通过超声传感器14发射时间上受限的发射信号，并且随后接收回波。从发射以来经过的时间越长，则距反射对象的距离越大。图3在第一曲线46中针对42kHz的谐振频率示出接收信号，第二测量曲线48针对48kHz谐振频率示出接收信号，并且第三测量曲线50针对57kHz的谐振频率示出接收信号。

图3的图示可以得出，如所预期的那样，对于第三测量曲线50而言(对应于所使用的最高频率)，张角最小，因此在小距离处提供地面回波的最低回波幅度。在从约175cm开始的更大距离情况下，第三测量曲线50具有与第二测量曲线48相比较大的幅度，并且在从约225cm开始的更大距离情况下，第三测量曲线50具有最大的回波幅度。这可以通过根据最小张角所改善的方向特性来进行解释。

由图3可以看出，在充分利用与周围环境条件相关的谐振频率的知识的情况下，并且因此在充分利用与周围环境条件相关的方向特性的情况下，能够强烈减小用于隐没地面回波的阈值。在此尤其有利的是，将与方向特性相关的阈值与距离相关性结合，以便始终能够为每个距离和每个方向特性预给定最佳阈值。

本发明不局限于在所描述的实施方式以及其中突出的方面。相反地，在通过权利要求说明的范围内，可能存在多种变型方案，这些变型方案处于本领域技术人员行为的范畴内。

Claims (9)

1.一种用于运行车辆(10)的超声传感器(14)的方法，其中，所述超声传感器(14)隐蔽地安装，使得所述超声传感器(14)的膜片(16)与车辆部件(12)连接，其中，所述车辆部件(12)的当前特性影响所述超声传感器(14)的方向特性，其中，在使用所述超声传感器(14)情况下的脉冲回波测量中，使用阈值来隐没干扰信号，其特征在于，通过以下方式来使所述阈值匹配于所述超声传感器(14)的由所述车辆部件(12)的当前特性预给定的方向特性：

a)求取温度，并且在使用温度与方向特性之间的预先求取的关系的情况下来确定所述阈值，或者

b)确定由所述膜片(16)和所述车辆部件(12)构成的振动系统的谐振频率，并且在使用谐振频率与方向特性之间的预先求取的关系的情况下来确定所述阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，温度是通过所述车辆(10)的温度计(22)求取的外部温度，或者所述温度是所述车辆部件(12)的通过温度传感器(24)求取的温度，所述温度传感器布置在所述车辆部件(12)上或者布置在所述超声传感器(14)上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过测量预先求取所述温度与所述方向特性之间的关系，和/或，通过测量预先求取所述谐振频率与所述方向特性之间的关系。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过测量所述超声传感器(14)的阻抗来实现所述振动系统的谐振频率的确定。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助数值表给所求取的温度分配相应的阈值，或者借助数值表给所求取的谐振频率分配相应的阈值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述干扰信号包含地面反射的信号，其中，在所述方向特性变宽时，由地面反射造成的干扰信号的数量增加，在所述方向特性变窄时，由地面反射造成的干扰信号的数量减少。

7.一种用于运行车辆(10)的超声传感器(14)的方法，其中，所述超声传感器(14)隐蔽地安装，使得所述超声传感器(14)的膜片(16)与车辆部件(12)连接，其中，所述车辆部件(12)的当前特性影响所述超声传感器(14)的方向特性，其中，在使用所述超声传感器(14)情况下的脉冲回波测量中，使用阈值来隐没干扰信号，其特征在于，在使用在所述脉冲回波测量中接收的干扰信号的情况下来调节阈值，其中，如此调节所述阈值，使得保持恒定的预给定的误报率，其中，误报是如下干扰信号：所述干扰信号具有高于所述阈值的幅度并且因此被错误地视为对象的回波信号，其中，如此调节所述阈值：如果所述误报率上升，则将所述阈值增大，如果所述误报率下降，则将所述阈值减小。

8.一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.一种用于支持车辆(10)的驾驶员的驾驶辅助系统(60)，所述驾驶辅助系统包括至少一个隐蔽地安装的超声传感器(14)以及控制设备(20)，其中，所述超声传感器(14)的膜片(16)与车辆部件(12)构造成振动系统，其特征在于，所述控制设备(20)设置用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。