DE102006020425A1

DE102006020425A1 - Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand mittels wenigstens eines Ultraschall aussendenden Sensors und Sensoreinrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102006020425A1
Application number: DE200610020425
Authority: DE
Inventors: Paul-David Rostocki; Heinrich Dr. Gotzig
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Gaspedal bei Annäherung des Fahrzeugs an den Gegenstand, wobei zur Abstandsbestimmung das erste Echosignal, das aus einem von einem Sensor ausgesendeten, am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt wird, wobei zusätzlich zum ersten Echosignal oder anstelle des ersten Echosignals ein zweites bzw. ein weiteres Echosignal, welches aus dem am Fahrzeug einmal bzw. weitere Male reflektierten ersten Echosignal und dem insgesamt zweimal bzw. weitere Male am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand bei Annäherung des Fahrzeugs an den Gegenstand, wobei zur Abstandsbestimmung das erste Echosignal, das aus einem von einem Sensor ausgesendeten und am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtig wird. Derartige Verfahren sind im Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt und basieren auf dem Prinzip, dass vom Sensor ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, welches am Gegenstand reflektiert wird. Dieses Echosignal wird vom Sensor empfangen, wobei aus der Laufzeit des ausgesendeten und empfangenen ersten Echosignals der Abstand des Fahrzeugs zum Gegenstand berechnet wird.
Dem zu messenden Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt sind allerdings aufgrund den physikalischen Eigenschaften der Sensoren Grenzen gesetzt. Die Sensoren umfassen eine Schwingmembran, die zum Aussenden von Ultraschallsignalen angeregt wird. Nach dieser Anregung der Schwingmembran benötigt die Schwingmembran eine gewisse Zeitdauer, die bei heutigen Sensoren im Bereich von cirka 1 ms liegt, um auszuschwingen. Erst nach dem Ausschwingen der Membrane kann diese auf die Membrane auftreffenden Schall erkennen. Insofern sind mit heutigen Sensoren Objekte noch erkennbar, bei denen die Zeitdifferenz zwischen Aussenden des Signals und Empfangen des Signals im Bereich von etwas mehr als einer ms liegt. Aufgrund der bekannten Schallgeschwindigkeit des Ultraschalls ergibt sich hieraus, dass Gegenstände bis zu einem Grenzabstand von circa 20 cm gerade noch erkannt werden können. Allerdings ist die Signalerkennung aufgrund der kurzen Laufzeiten vergleichsweise ungenau und nicht eindeutig. Gegenstände, die den Grenzabstand unterscheiden, können mittels den bekannten Sensoren und Verfahren nicht erkannt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Sensoreinrichtung bereitzustellen, mit denen auch im Nahbereich Gegenstände mittels Ultraschallsensoren ausreichend erfasst werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass insbesondere bei weiterer Annäherung des Fahrzeugs an den Gegenstand, und insbesondere bei Unterschreiten eines physikalisch vorgegebenen Grenzabstandes, zusätzlich zum ersten Echosignal oder anstelle des ersten Echosignals ein zweites beziehungsweise ein weiteres Echosignal, welches aus dem am Fahrzeug einmal beziehungsweise weitere Male reflektierten ersten Echosignal und dem insgesamt zweimal beziehungsweise weitere Male am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt wird.
Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass für den Fall, wenn das erste Echosignal vom Sensor noch detektiert wird, weitere Echosignale zur Redundanzprüfung dieses ersten Echosignals herangezogen werden. Wenn bei weiterer Annäherung des Fahrzeugs an den Gegenstand das erste Echosignal vom Sensor aufgrund der mechanisch vorgegebenen Ausschwingdauer der Sensormembrane nicht mehr erkannt werden kann, so werden erfindungsgemäß zur Abstandsbestimmung das zweite beziehungsweise weitere Echosignale herangezogen. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass bei vergleichsweise nahe am Fahrzeug vorhandenen Gegenständen ein ausgesendetes Ultraschallsignal mehrfach am Gegenstand und am Fahrzeug reflektiert wird. Diese mehrfache Reflexion eines Ursprungssignals macht sich die Erfindung zunutze. Zum einen kann dadurch das erste empfangene Echosignal auf Redundanz überprüft werden. Zum anderen kann, falls das erste Echosignal aufgrund der mechanischen Trägheit der Membrane nicht empfangen werden kann, aus dem zweiten beziehungsweise den weiteren Echosignalen der Abstand des Fahrzeugs zum Gegenstand berechnet werden.
Grundsätzlich ist zu beachten, dass bei Berücksichtigung des zweiten Echosignals die aus der Laufzeit des zweiten Echosignals vom Aussenden des Ursprungssignals bis zum Auftreffen auf den Sensor ermittelten Strecke bei der Abstandsbestimmung durch zwei geteilt wird und dass bei Berücksichtigung des dritten oder eines weiteren Echosignals die aus der Laufzeit des dritten oder weiteren Echosignals vom Aussenden bis zum Auftreffen auf den Sensor ermittelte Strecke bei der Abstandsbestimmung durch drei beziehungsweise durch die entsprechende Zahl des Echos geteilt wird. Da grundsätzlich der Abstand des Fahrzeugs zum Gegenstand, beziehungsweise die Strecke zwischen dem Fahrzeug und dem Gegenstand aus der Laufzeit des jeweiligen Echosignals berechnet wird, ist bei Berücksichtigung des zweiten beziehungsweise eines weiteren Echosignals die bestimmte Strecke durch zwei beziehungsweise durch die Anzahl des weiteren Echos zu teilen. Hierdurch wird gewährleistet, dass stets der korrekte Abstand ermittelt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten eines Grenzabstandes vom Fahrzeug zum Gegenstand, wobei der Grenzabstand in dem Abstandsbereich liegt, in dem das erste Echosignal vom Sensor noch wahrnehmbar ist, neben dem ersten Echosignal zumindest ein zweites Echosignal berücksichtigt wird. Dies hat den Vorteil, dass bei geringen Abständen, die in der Regel im Bereich von weniger als 60 cm liegen, neben dem ersten Echosignal zur Plausibilitätsprüfung des Abstandes noch ein zweites oder ein weiteres Echosignal berücksichtigt wird.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten eines Grenzabstandes vom Fahrzeug zum Gegenstand, wobei der Grenzabstand in dem Abstandsbereich liegt, in dem das erste Echosignal vom Sensor nicht mehr wahrnehmbar ist, zur Abstandsmessung zumindest das zweite Echosignal berücksichtigt wird. Gerade dann, wenn ein derartiger Grenzabstand unterschritten wird, indem das erste Echosignal vom Sensor nicht mehr wahrnehmbar ist, kann auf das zweite und gegebenenfalls auf ein weiteres Echosignal zurückgegriffen werden. Ein derartiger Grenzabstand liegt bei heutigen Sensoren im Bereich von weniger als 20 cm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten eines weiteren Grenzabstandes vom Fahrzeug zum Gegenstand, wobei der Grenzabstand dann in dem Abstandsbereich liegt, dem das erste und das zweite Echosignal vom Sensor nicht mehr wahrnehmbar ist, zur Abstandsbestimmung zumindest das dritte Echosignal berücksichtigt wird. In diesem Grenzabstandsbereich kann weder das erste, noch das zweite Echosignal aufgrund der physikalisch vorgegebenen Ausschwingdauer der Membrane vom Sensor wahrgenommen werden. In diesem Fall ist dann zur Abstandsbestimmung das dritte Echosignal zu berücksichtigen. Ein derartiger Grenzabstand liegt im Bereich von 10 cm bis 15 cm.
Insgesamt ergibt sich dann ein vorteilhaftes Verfahren, wenn mehrere unterschiedliche Grenzabstände Berücksichtigung finden. Dabei kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn bei Unterschreiten eines ersten Grenzabstandes neben dem ersten zumindest das zweite Echosignal berücksichtigt wird, wobei dieser erste Grenzabstand im Bereich von cirka 60 cm liegen kann. Bei Unterschreiten eines zweiten Grenzabstandes, der im Bereich von cirka 20 cm liegen kann, indem das erste Echosignal vom Sensor nicht mehr wahrnehmbar ist, das zweite und gegebenenfalls weitere Echosignale zur Abstandsmessung berücksichtigt. Bei Unterschreiten eines dritten Grenzabstandes, der im Bereich von 10 cm bis 15 cm liegen kann, wird dann zumindest das dritte Echosignal und gegebenenfalls noch weitere Echosignale berücksichtigt. Innerhalb dieses dritten Grenzabstandes sind das erste und das zweite Echosignal vom Sensor nicht wahrnehmbar. Der erste, zweite und/oder dritte Grenzabstand kann dabei als fester Wert vorgegeben sein, der insbesondere sensorspezifisch ist. Die einzelnen Grenzabstände hängen dabei insbesondere von der Ausschwingdauer der Sensormembrane ab und von der Aussendedauer des Ultraschallsignals.
Zur Überprüfung, ob und/oder in welche Richtung sich das Fahrzeug bewegt, können Informationen eines Wegsensors des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Sensoreinrichtung umfassend wenigstens einen Ultraschallsensor und eine Auswerteeinheit zur Abstandsbestimmung des Fahrzeugs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Fahrzeug;
2 einen Ausschnitt eines Ultraschallsensors aus dem Fahrzeug gemäß 1 und einen im Nahbereich des Fahrzeugs vorhandenen Gegenstand; und
3 Aussende- beziehungsweise Empfangssignale des Ultraschallsensors bei unterschiedlichen Abständen zum Gegenstand.
In der 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, das im Heckbereich drei Ultraschallsensoren 12 aufweist. Hinter dem Fahrzeug ist ein Gegenstand 14 im Detektionsbereich der Ultraschallsensoren vorhanden. Die einzelnen Ultraschallsensoren sind mit einer Auswerteeinheit 16 verbunden, die die einzelnen Ultraschallsensoren 12 ansteuert und die von den Ultraschallsensoren empfangenen Signale auswertet.
In der 2 ist ein Ultraschallsensor 12 ausschnittsweise dargestellt, der ein Ultraschallsignal US in Richtung des Gegenstands 14 aussendet. Das Ultraschallsignal US wird am Gegenstand reflektiert, wobei ein erstes Echosignal E1 auf den Ultraschallsensor 12 auftrifft. Dieses Echosignal E1 wird am Ultraschallsensor 12 beziehungsweise am Fahrzeug 10, reflektiert; dieses reflektierte Signal trifft ein weiteres Mal auf den Gegenstand 14, wo es wiederum reflektiert wird und als Echosignal E2 ein zweites Mal auf den Sensor 12 beziehungsweise auf das Fahrzeug 10 auftrifft. Dieses Echosignal E2 wird seinerseits wiederum am Fahrzeug 10 beziehungsweise am Sensor 12 reflektiert und trifft zum dritten Mal auf den Gegenstand 14 auf, an dem es in Richtung des Fahrzeugs 10 beziehungsweise des Sensors 12 als Echosignal E3 reflektiert wird. Zur 2 ist anzumerken, dass dort das Ultraschallsignal US sowie die Echosignale E1, E2 und E3 vereinfacht schemahaft als Linien beziehungsweise Pfeile dargestellt sind.
Beim Aussenden des Ultraschallsignals US wird die aktive Fläche des Sensors, die Sensormembrane 18, angeregt. Je nach Dauer der Anregung und nach Dauer der Ausschwingzeit der Membrane kann die Membrane einen gewissen Zeitraum, der bei derzeit verwendeten Sensoren in der Regel im Bereich von einer Millisekunde (ms) liegt, keine auf die Membrane 18 auftreffenden Echosignale kennen.
Bei einem Abstand A des Fahrzeugs 10 beziehungsweise des Sensors 12 zum Gegenstand 14 von mehr als 60 cm wird vom Sensor 18 das erste Echosignal E1 in der Regel deutlich erkannt. Aus diesem Echosignal E1 kann der Abstand A bestimmt werden. In dem Bereich von mehr als 60 cm ist es zudem nicht zwingend erforderlich, den Abstand zentimetergenau zu bestimmen, da insbesondere beim Einparkvorgang, eine Kollision aufgrund der geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht unmittelbar bevorsteht. Wird der Abstand von cirka 60 cm unterschritten, sollte eine genauere Abstandsbestimmung erfolgen.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass neben dem ersten Echosignal auch zumindest das zweite Echosignal E2 bei der Abstandsmessung berücksichtigt wird. In der 3a ist dargestellt, wie zum Zeitpunkt t₀ = 0 die Membrane 18 des Sensors angeregt wird, wodurch das Ultraschallsignal US ausgesendet wird. Nachdem die Membrane ausgeschwungen ist, ist ab dem Zeitpunkt t₁ = ca. 1 ms ist die Membrane empfangsbereit. Zum Zeitpunkt t₃ = ca. 3,6 ms wird ein Echosignal erkannt; nach Ausschwingen der Membrane aufgrund des erkannten Echosignals ist die Membrane zum Zeitpunkt t₄ = 4 ms wieder empfangsbereit.
Zum Zeitpunkt t₅ = ca. 6,7 ms empfängt die Membrane das zweite Echosignal E2. Hierdurch wird der dem ersten Echosignal E1 zugeordnete Abstand von 60 cm aufgrund des zweiten empfangenen Echosignals zum Zeitpunkt t₅, das einem Abstand von 1,16 m entspricht, bestätigt. Zu beachten ist allerdings, dass beim zweiten Echosignal die gemessene Strecke von cirka 1,16 m durch zwei zu teilen ist, um auf den tatsächlichen Abstandswert zu kommen. Insofern ergibt sich bei Berücksichtigung des Echosignals E2 ein Abstand von 58 cm.
Nähert sich das Fahrzeug weiter dem Gegenstand 14 an, so verkürzt sich die Laufzeit des ersten Echosignals. In 3b wird ebenfalls zum Zeitpunkt t₀ ein Signal US ausgesendet und ab dem Zeitpunkt t₁ ist der Sensor wieder empfangsbereit. Zum Zeitpunkt t₃ wird ein erstes Echosignal empfangen und zum Zeitpunkt t₅ ein zweites Echosignal. Beide Echosignale zum Zeitpunkt t₃ und t₅ lassen jeweils auf einen Abstand von 30 cm rückschließen.
Bei weiterer Annäherung des Fahrzeugs kann sich die Situation nach 3c ergeben. Kurz nach Ausschwingen der Membrane zum Zeitpunkt t₁ empfängt die Membrane das erste Echosignal zum Zeitpunkt t₃, das auf einen Abstand von 20 cm hinweist. Zum Zeitpunkt t₅ wird das zweite Echosignal empfangen, wobei der dem Zeitpunkt t₅ zugeordnete Abstand von 40 cm zur Ermittlung des tatsächlichen Abstands durch zwei zu teilen ist. Insofern lässt sich aus dem zweiten Echosignal zum Zeitpunkt t₅ ebenfalls ein Abstand von 20 cm ermitteln.
Bei weiterer Annäherung des Fahrzeugs kann der Fall gemäß 3d auftreten. Das erste Echosignal trifft auf die Sensormembrane, während sie noch ausschwingt. Insofern ist ein Zeitpunkt t₃, in dem das erste Echosignal auf den Sensor auftrifft, nicht bestimmbar. Allerdings kann das zweite Echo, das zum Zeitpunkt t₅ auf die Membrane auftrifft, bestimmt werden. Ebenso kann ein drittes Echo, das zum Zeitpunkt t₆ auf die Membrane auftrifft, erkannt und ausgewertet werden. Aus dem Zeitpunkt t₅, beziehungsweise aus dem zu diesem Zeitpunkt erkannten zweiten Echo, ergibt sich ein gemessener Abstand von 30 cm, der aufgrund des Vorhandenseins des zweiten Echos durch zwei zu teilen ist. Insofern ergibt sich ein realer Abstand unter Berücksichtigung des zweiten Echos von 15 cm. Wird das dritte Echo herangezogen, so kann aus 3d abgelesen werden, dass dem Zeitpunkt t₆ ein Abstand von cirka 46 cm zugeordnet ist. Zur Ermittlung des tatsächlichen Abstands ist dieser Abstand durch drei zu teilen, woraus sich ein Abstand von 15 cm zum Fahrzeug ergibt.
Bei weiterer Annäherung des Fahrzeugs zum Gegenstand kann der Fall gemäß 3e auftreten. Hier kann erst das dritte Echosignal E3 des zum Zeitpunkt t₀ ausgesendeten Ultraschallsignals im Zeitpunkt t₆ erkannt werden. Aus dem Zeitpunkt t₆ ergibt sich ein Wert von 30 cm, der wegen des dritten Echosignals durch drei zu teilen ist. Durch Berücksichtigung des dritten Echosignals kann folglich rückgeschlossen werden, dass das Fahrzeug einen Abstand von cirka 10 cm zum Gegenstand 14 hat.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens können folglich sehr geringe Abstände des Fahrzeugs zum Gegenstand bestimmt werden. Zur Unterstützung des Verfahrens kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass zur Überprüfung des Messergebnisses das Signal eines Wegsensors herangezogen wird. Über den Wegsensor kann beispielsweise überprüft werden, ob sich das Fahrzeug nach wie vor in die gleiche Richtung bewegt und somit sich dem Gegenstand nähert oder sich von diesem entfernt.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Abstands (A) zwischen einem Fahrzeug (10) und einem Gegenstand (14) bei Annäherung des Fahrzeugs (10) an den Gegenstand (14), wobei zur Abstandsbestimmung das erste Echosignal (E1), das aus einem von einem Sensor (12) ausgesendeten um am Gegenstand (14) reflektierten Ultraschallsignal (US) resultiert, berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet dass zusätzlich zum ersten Echosignal (E1) oder anstelle des ersten Echosignals (E1) ein zweites bzw. ein weiteres Echosignal (E2, E3), welches aus dem am Fahrzeug (10) einmal bzw. weitere Male reflektierten ersten Echosignal (E1) und dem insgesamt zweimal bzw. weitere Male am Gegenstand (14) reflektierten Ultraschallsignal (US) resultiert, berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Berücksichtigung des zweiten Echosignals (E2) die aus der Laufzeit des zweiten Echosignal vom Aussenden bis zum Auftreffen auf den Sensor (12) ermittelten Strecke bei der Abstandsbestimmung durch zwei geteilt wird und dass bei Berücksichtigung des dritten Echosignals (E3) die aus der Laufzeit des dritten Echosignal (E3) vom Aussenden bis zum Auftreffen auf den Sensor (12) ermittelte Strecke bei der Abstandsbestimmung durch drei geteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzabstandes vom Fahrzeug (10) zum Gegenstand (14), wobei der Grenzabstand in dem Abstandesbereich liegt, in dem das erste Echosignal (E1) vom Sensor (12) noch wahrnehmbar ist, neben dem ersten Echosignal (E1) zumindest ein zweites Echosignal (E2, E3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzabstandes vom Fahrzeug (10) zum Gegenstand (14), wobei der Grenzabstand in dem Abstandesbereich liegt, in dem das erste Echosignal (E1) vom Sensor (12) nicht mehr wahrnehmbar ist, zur Abstandsbestimmung zumindest das zweite Echosignal (E2, E3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzabstandes vom Fahrzeug (10) zum Gegenstand, wobei der Grenzabstand (14) in dem Abstandesbereich liegt, in dem das erste und das zweite Echosignal (E1, E2) vom Sensor (12) nicht mehr wahrnehmbar ist, zur Abstandsbestimmung zumindest das dritte Echosignal (E3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines ersten Grenzabstandes neben dem ersten Echosignal (E1) zumindest das zweite Echosignal (E2) berücksichtigt wird, dass bei Unterschreiten eines zweiten Grenzabstandes, der geringer ist als der erste Grenzabstand und in dem das zweite Echosignal (E2) vom Sensor (12) noch wahrnehmbar ist, zumindest das zweite Echosignal (E2) berücksichtigt wird, und/oder dass bei Unterschreiten eines dritten Grenzabstandes, der geringer ist als der zweite Grenzabstand und in dem das dritte Echosignal (E3) vom Sensor noch wahrnehmbar ist, zumindest das dritte Echosignal berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und/oder dritte Grenzabstand feste vorgegebene Werte sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs Signale eines Wegsensors berücksichtigt werden.
Sensoreinrichtung umfassend wenigstens ein Ultraschallsensor (12) und eine Auswerteeinheit (16) zur Abstandsbestimmung eines Gegenstands (14) zum Fahrzeug (10) gemäß dem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.