DE102008046171A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung von Sensoren an einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung von Sensoren (4), insbesondere für ultraschallbasierende Abstandserkennungssysteme in einem Fahrzeug (1), vorgeschlagen, bei dem Sensoren (4) mit einer Signalisierungseinrichtung für vorgegebene Abstandsdetektionen kommunizieren. Jeweils ein Sensor (4) aus einer Mehrzahl von Sensoren wird durch ein von einem Zufallsgenerator (10) getriggertes Signal zur Generierung eines Sendesignals veranlasst und aus dem von einem beabstandeten Objekt reflektierten Empfangssignal wird der erfasste Abstand direkt zur Ansteuerung der Signalisierungseinrichtung verwendet.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung von Sensoren an einem Fahrzeug, zum Beispiel für ein ultraschallbasierendes Umfelderkennungssystem als Parkassistenz in einem Kraftfahrzeug, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Bei solchen ultraschallbasierenden Umfelderkennungssystemen werden mindestens ein Ultraschallsensor oder mehrere beispielsweise in der vorderen und/oder hinteren Stoßstange oder auch seitlich an einem Kraftfahrzeug verbaut. Jeder Ultra schallsensor sendet dabei ein Ultraschallsignal aus, welches von einem möglichen Objekt bzw. Hindernis reflektiert wird und von dem gleichen Ultraschallsensor und oder von weiteren Ultraschallsensoren empfangen und dann einer Signalauswertung zugeführt werden kann. Üblicherweise sind solche ultraschallbasierende Umfelderkennungssysteme mit Einzelverbindungen von einem Steuergerät zu jedem Sensor aufgebaut.
  • Mit einem solchen Steuergerät werden die Ultraschallsensoren angesteuert und die vom jeweiligen Ultraschallsensor gemessenen Abstände ausgewertet. Das Steuergerät steuert in der Regel außerdem einen Lautsprecher als Signalisierungsgerät an, oder gibt die Daten zur weiteren Auswertung über einen Bus an den Bordcomputer des Fahrzeugs weiter. Meist besitzt das Steuergerät auch weitere Funktionen wie beispielsweise einen Fehlerspeicher etc.
  • Beispielsweise ist es aus der DE 101 44 829 A1 bekannt, dass Ultraschallsensoren, die Bestandteil eines solchen Sensorsystems für ein Umfelderkennungssystem sind, über ein Bussystem mit einem zentralen Steuergerät in einem Fahrzeug kommunizieren. Hieraus ist ferner bekannt, dass in der Nähe der jeweiligen Sensoren, d. h. jeweils an der vorderen und an der hinteren Stoßstange dezentrale Steuereinheiten angebracht sind, die einerseits über das Bussystem mit dem zentralen Steuergerät und über Versorgungs- und Kommunikationsleitungen mit den Sensoren verbunden sind. In den dezentralen Steuereinheiten sind jeweils spezifische Daten für die im jeweiligen Bereich angeordneten Sensoren abgelegt und es werden eine Reihe von Funktionen hier ausgeübt, wie zum Beispiel Kommunikation mit den Sensoren, Spannungsversorgung, der Sensoren, Senden von Abstandsinformationen von den Sensoren über das Bussystem, Lesen und Verarbeiten von Aktivierungsinformationen sowie das Speichern von Codierdaten der Sensoren.
  • Weiterhin ist aus der DE 103 25 374 A1 auch noch bekannt, dass einer der verwendeten Sensoren als sogenannter Mastersensor ausgebildet ist, der die von den Sensoren erfassten Daten aufnimmt und geeignet weiterverarbeitet.
  • Bei diesen bekannten Systemen mit Einzelverbindungen oder mit einem Bussystem bestimmt dabei das zentrale Steuergerät oder ein Mastersensor den Messablauf. Durch Triggerimpulse bzw. Triggertelegramme bestimmt das Steuergerät, welcher Sensor welche Aktion durchführt. Beispiele für solche Aktionen sind: Erzeugen eines Ultraschallimpulses oder das Erfassen von eingehenden Ultraschallimpulsen. Üblicherweise definiert das System solche Triggerimpulse bzw. Triggerdaten für mehrere Sensoren synchron, um auch die Messaktionen synchron auszuführen. Eine Verzögerung zwischen Trigger und Aktion kann jedoch auch vorgesehen bzw. technisch bedingt sein.
  • Ein Großteil der Systemkosten, insbesondere bei der Verwendung der Sensoren in Parkhilfesystemen, entfällt daher auf die Steuerelektronik. Es kann daher als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, dass ein kostengünstiges System gefunden wird, bei dem der technische Aufwand und die Kosten einer Steuerelektronik minimierbar sind.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Steuerung von Sensoren, insbesondere für ultraschallbasierende Abstandserkennungssysteme in einem Fahrzeug aus, bei dem die Sensoren mit einem Signalgeber für vorgegebene Abstandsdetektionen kommunizieren. In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung jeweils ein Sensor aus einer Mehrzahl von Sensoren durch ein von einem Zufallsgenerator getriggertes Signal zur Generierung eines Sendesignals veranlasst und aus den von einem beabstandeten Objekt reflektierten Empfangssignal der erfasste Abstand wird direkt zur Ansteuerung der Signalisierungseinrichtung verwendet.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die von dem Zufallsgenerator in zufälligen zeitlichen Abständen getriggerten Sendesignale im Sensor eine Signalerzeugung für eine Sinusschwingung mit vorgegebener Frequenz, Periodenzahl und Amplitude generieren. Hierbei kann das von einem beabstandeten Objekt reflektierte Empfangssignal mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden und in einem logischen Filter wird berechnet, ob es sich um eine direkte Reflexion, um ein Sendesignal von einem benachbarten Sensor, ein Störsignal oder um eine Mehrfachreflexion handelt.
  • Zur Definition eines auswertbaren Empfangssignals wird das Empfangssignal in einer vorgegebenen Zeitspanne mit einer vorgegebenen Häufigkeit als solches von einem beabstandeten Objekt reflektiertes Empfangssignal erkannt. Der aus dem Empfangssignal ermittelte Abstand zu einem beabstandeten Objekt wird dann auf einfache Weise in eine zum Abstand korrespondierende Signalart des Signalgebers umgewandelt.
  • Mit einem Zähler kann in vorteilhafter Weise der Zeitraum von einer Signalisierung bis zur nächsten erfasst werden und bei geringen Zeiträumen kann eine Dauersignalisierung ausgegeben werden. Der Zähler läuft dazu nach dem Start durch eine Signalisierung eines Sensors los und startet jeweils neu, falls von einem anderen Sensor ein Signalisierung veranlasst wird.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens sind bei einem Abstandserkennungssystem in einem Fahrzeug Ultraschallsensoren als Sensoren jeweils von einem Zufallsgenerator getriggert und es ist ein Generator zu Erzeugung einer Sinusschwingung vorhanden, die über einen Verstärker auf eine Membran des Ultraschallsensor führbar ist. Zur Verstärkung des Empfangssignals der Membran aufgrund des von einem Objekt reflektierten Signals ist ein Signalverstärker vorhanden und anschließend ist ein Analog-Digital-Wandler vorhanden, zum Vergleich mit einem Schwellwert und zur Erzeugung eines digitalen Signals. Weiterhin ist ein logisches Filter vorgesehen, in dem berechenbar ist, ob es sich um ein reflektiertes Signal handelt und es ist eine Auswerteeinheit vorhanden, zur Umwandlung des erfassten Abstandes des beabstandeten Objekts in eine Signalisierungsart eines Signalgebers.
  • Im Detail wird die erfindungsgemäße Anordnung mit einer elektronischen Schaltung realisiert, die eine Open-Kollektor-Schaltung aufweist und die angesteuert durch die Signalisierung der Auswerteeinheit eine Signalleitung für den Signalgeber auf Masse zieht. Der Signalgeber ist vorzugsweise ein Tongeber oder es kann auch auf die Signalleitung ein Tonsignal mit einer hörbaren Frequenz aufmodu lierbar werden, wobei dann die Signalleitung direkt an einen vorhanden Lautsprecher angeschlossen werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit dem Abstandserkennungssystem kann in vorteilhafter Weise in einem Fahrzeug in dem vorderen und/oder hinteren Stoßfänger angebracht werden und mit mindestens einem Dreileiterkabel können alle Ver bindungen von den Sensoren zum dem Signalgeber realisiert werden. Es ist hierbei auch denkbar, zum Beispiel die Initialisierung der hinteren Sensoren beim Einlegen des Rückwärtsgangs beim Fahrzeug vorzunehmen.
  • Auf jeden Fall ist es mit der Erfindung erreicht, dass weitere zentrale oder dezentrale elektronische Steuerungsschaltungen überflüssig werden, da alle Auswerte- und Signalisierungsaufgaben direkt mit den Sensoren und dem Signalgeber erledigt werden können. Somit kommt beispielsweise ein Parkhilfesystem ganz ohne ein Steuergerät aus, da die Sensoren keine externe Ansteuerung benötigen, sich selbst synchronisieren und direkt einen im Fahrzeug vorhandenen Tongeber ansteuern können. Diese führt zu sehr geringen Systemkosten, da durch das weggefallene Steuergerät auch keine Software notwendig ist und keine extra Bauteile notwendig sind. Daher kann eine einfache platzsparende Systemarchitektur mit einfacher Verkabelung und frei kaskadierbaren Sensoren in beliebiger Anzahl realisiert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • 1 zeigt ein schematisches Bild eines Fahrzeugs mit Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren an einem hinteren Stoßfänger,
  • 2 beispielhaft einen Ultraschallsensor mit einer erfindungsgemäßen Beschaltung und
  • 3, 4 und 5 Signalverlaufe der Taktsignale der Sensoren über der Zeit.
  • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Aus 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem vorderen Stoßfänger 2 und einem hinteren Stoßfänger 3 gezeigt. Im hinteren Stoßfänger 3 sind hier beispielhaft Ultraschallsensoren als Sensoren 4 für ein ultraschallbasierendes Parkhilfesystem gezeigt. Die Sensoren 4 sind hier über ein Dreileiterkabel 5 miteinander und mit einem Streckverbinder 6 verbunden. Über den Steckverbinder 6 wird ein Tongeber 7 angeschlossen und über einen Schalter 8, beispielsweise betätigt durch Einlegen des Rückwärtsgangs im Fahrzeug 1, wird eine Versorgungsspannung dem Steckverbinder 6 und damit den Sensoren 4 zugeführt. Alle Sensoren 4 sind damit parallel geschaltet und jeder der Sensoren 4 kann damit über eine Signalleitung 9 den Tongeber 7 ansteuern. Das gezeigte Dreileiter-Kabel 5 ist hier nur ein Beispiel, da auch eine Vielzahl anderer Kabelbäume ohne Einschränkungen hinsichtlich der Funktion realisierbar sind.
  • In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Beschaltung von einem der Sensoren 4 gezeigt, anhand dessen die erfindungsgemäße Funktion der Anordnung erläutert wird. In einem Zufallsgenerator 10 wird in zufälligen zeitlichen Abständen ein Signal bzw. ein Trigger generiert. Getriggert durch dieses Signal wird in einem Generator 11 zur Signalerzeugung eine Sinusschwingung mit bestimmter Frequenz, Periodenanzahl und Amplitude erzeugt, die durch einen Transformator bzw. Verstärker 12 verstärkt wird. Eine Membran 13 des als Ultraschallsensor ausgeführten Sensors 4 sendet dann ein Ultraschallsignal zur Detektion eines hier nicht gezeigten beabstandeten Objekts aus.
  • Wird das ausgesendete Ultraschallsignal von dem Objekt, in der Regel ein Hindernis zum Beispiel bei einem Einparkvorgang, reflektiert, kann das Echo wieder von der Membran 13 empfangen werden. Das so gewonnene Signal wird in einem Signalverstärker 14 verstärkt und anschließend durch Vergleich mit einem Schwellwert in einem A/D-Wandler 15 in ein digitales Signal umgewandelt. In einem logischen Filter 16 wird dann berechnet, ob es sich um ein direktes Echo handelt oder um ein Ultraschallsignal von einem benachbarten Sensor 4 am Stoßfänger 3, um Störschall oder um ebenfalls nicht auswertbare Mehrfachreflexionen.
  • Zur weiteren Auswertung muss ein Echo zu einer bestimmten Zeit mit einer bestimmten Häufigkeit erkannt werden, damit es tatsächlich als Hindernis erkannt wird. In einem Timer 17 als Umrechnungseinheit wird der so gemessene Abstand zu dem Objekt in einen Takt zur Ansteuerung des Tongebers 7 im Fahr zeug 1 umgerechnet.
  • Um diese Ansteuerung zu realisieren, wird die Signalleitung 9 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer sogenannten Open-Kollektor-Transistorschaltung 18 nach Masse gezogen und somit auf Low (Lowsignal oder Lowimpuls) gesetzt. Es sind hier aber auch andere Schaltungen einsetz bar, mit denen beispielsweise die Signalleitung 9 auf die Versorgungsspannung gezogen werden könnte.
  • Wie zuvor erwähnt, wird im Timer 17 der gemessene Abstand in einen Takt zur Ansteuerung des Tongebers 7 im Fahrzeug umgerechnet, was anhand von 3, 4 und 5 näher erläutert wird. Dabei ist in der 3 der Verlauf eines Taktsignals 30 bei einem Sensor 4 über der Zeit t gezeigt, dessen Taktperiode vom gemessenen Abstand abhängig ist, das heißt ein kleinerer Abstand führt zu einem schnelleren Takt und zu kürzeren Pausenzeiten 31 (hier der Wert 100) zwischen Ansteuerungsimpulsen 32 des Pegels 33 auf der Signalleitung 9 (hier gezogen auf Low).
  • In der Umsetzung wird die jeweilige Pausenzeit 31 durch den Timer 17 reali siert. Abhängig von der gewünschten Pausenzeit 31 zählt der Timer bis zu einem bestimmten Wert. Nach erreichen des Wertes wird über den Open Kollektor die Signalleitung 9 auf Low gezogen (Ansteuerungsimpuls 32) und somit der Tongeber 7 (1) angesteuert. Durch ein solches Lowsignal wird der Timer 17 zurückgesetzt und fängt dann erneut an bis zum berechneten Wert zu zäh len. Dabei spielt es keine Rolle wodurch der Pegel 33 auf der Signalleitung 9 auf Low gezogen wird, das heißt, auch die anderen Sensoren 4, die mit derselben Signalleitung 9 verbunden sind, können den Timer 17 zurücksetzen.
  • Aus der 4 ist zu entnehmen, dass zusätzlich zu Sensor 4 mit dem Taktverlauf 30 und der gewünschten Pausenzeit 31 auch ein Sensor 4 mit einem Taktsignal 34 und einem gemessenen längeren Abstand und daher mit einer längeren Pausenzeit 35 (hier der Wert 120) vorhanden ist. In diesem Fall zieht nur der Sensor 4 mit dem Taktsignal 30 den Pegel 33 auf der Signalleitung 9 mit den Ansteuerungsimpulsen 32 auf Low.
  • Hat jedoch nach der 5 ein anderer Sensor 4 mit einem Taktsignal 36 einen kleineren Abstand als beim Taktsignal 30 gemessen, so ist dessen Pausenzeit 37 (hier der Wert 80) kürzer und erreicht somit schneller den Zählerwert, zieht damit die Signalleitung 9 früher auf Low und setzt somit alle Zähler an der Signalleitung 9 zurück. Dann fangen alle gleichzeitig wieder an bis zu ihrem jeweiligen Zählerendwert zu zählen. Der Sensor 4, der als erster den Zählerendwert erreicht hat, also derjenige mit dem kürzesten gemessenen Abstand, zieht dann wieder die Signalleitung 9 auf Low und setzt alle Zähler, auch den eigenen, zurück. Der Zyklus beginnt dann von vorne. Dadurch sind alle Sensoren 4 synchronisiert. Es können somit theoretisch beliebig viele Sensoren 4 parallel geschaltet werden.
  • Ein besonders kostengünstiges System kann schon mit zwei Sensoren 4 realisiert werden, da außer durch die Sensoren 4 und dem Dreileiterkabel 5 keine weiteren Kosten anfallen.
  • Am Ausgang des Sensors 4 auf der Signalleitung 9 könnte alternativ auch jeweils eine Schwingung mit einer hörbaren Frequenz aufmoduliert werden, um direkt einen Lautsprecher ohne Elektronik ansteuern zu können. Im anderen Fall könnte ein bereits vorhandener Tongeber 7 verwendet werden, der evtl. schon im Fahrzeug 1 vorhanden ist, um z. B. ein vergessenes Licht bei geöffneter Türe anzuzeigen. Die erfindungsgemäße Anordnung könnte darüber hinaus auch im vorderen Stoßfänger 2 verbaut werden.
  • Alternativ zu der Anordnung des Zufallsgenerators 10 könnte auch ein anderes fest vorgegebenes Muster verwendet werden, was eventuell aber die Störanfälligkeit erhöhen würde. Anstatt die Signalleitung 9, wie beschrieben, nach Masse zu ziehen (Lowsignal) könnte auch eine Spannung oder ein Strom proportional zum Abstand ausgegeben werden. Allerdings wäre dann ein weiteres kleines elektronisches Gerät zum Ansteuern des Tongebers notwendig.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10144829 A1 [0004]
    • - DE 10325374 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung von Sensoren (4), insbesondere für ultraschallbasierende Abstandserkennungssysteme in einem Fahrzeug (1), bei dem die Sensoren (4) mit einer Signalisierungseinrichtung für vorgegebene Abstandsdetektionen kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Sensor (4) aus einer Mehrzahl von Sensoren durch ein von einem Zufallsgenerator (10) oder einem vorgegebenen Impulsmuster getriggertes Signal zur Generierung eines Sendesignals veranlasst wird und aus dem von einem beabstandeten Objekt reflektierten Empfangssignal der erfasste Abstand direkt zur Ansteuerung der Signalisierungseinrichtung verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Abstand in einen Takt zur Ansteuerung der Signalisierungseinrichtung im Fahrzeug umgerechnet, wobei ein kleinerer Abstand zu einem schnelleren Takt und zu kürzeren Pausenzeiten (31) und ein längerer Abstand führt zu einem langsameren Takt und zu längeren Pausenzeiten (31) zwischen Ansteuerungsimpulsen (32) eines Pegels (33) auf einer Signalleitung (9) zwischen den Sensoren (4) und der Signalisierungseinrichtung führt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Zufallsgenerator (10) oder dem vorgegebenen Impulsmuster in zufälligen zeitlichen Abständen getriggerten Sendesignale im Sensor (4) eine Signalerzeugung für eine Sinusschwingung mit vorgegebener Frequenz, Periodenzahl und Amplitude generieren.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von einem beabstandeten Objekt reflektierte Empfangssignal mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und in einem logischen Filter (16) berechnet wird, ob es sich um eine di rekte Reflexion, um ein Sendesignal von einem benachbarten Sensor, ein Störsignal oder um eine Mehrfachreflexion handelt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Definition als auswertbares Empfangssignal das Empfangssignal in einer vorgegebenen Zeitspanne mit einer vorgegebenen Häufigkeit als solches von einem beabstandeten Objekt reflektiertes Empfangssignal erkannt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Empfangssignal ermittelte Abstand zu einem beabstandeten Objekt in eine zum Abstand korrespondierende Signalart der Signalisierungseinrichtung umgewandelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Timer (17) durch eine Signalisierung eines Sensors (4) zurückgesetzt wird und jeweils erneut anfängt bis zum berechneten Wert zu zählen, wobei jeder der Sensoren (4), die mit der Signalleitung (9) verbunden sind, den Timer 17 zurücksetzen können.
  8. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehe den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abstandserkennungssystem in einem Fahrzeug (1) Ultraschallsensoren als Sensoren (4) jeweils von einem Zufallsgenerator (10) oder einem vorgegebenen Impulsmuster getriggert sind, ein Generator (11) zu Erzeugung einer Sinusschwingung vorhanden ist, die über einen Verstärker (12) auf eine Membran (13) des Ultraschallsensors führbar ist, dass zur Verstärkung des Empfangssignals der Membran (13) aufgrund des von einem Objekt reflektierten Signals ein Signalverstärker (14) vorhanden ist, dass anschließen ein Analog-Digital-Wandler (15) vorhanden ist zum Vergleich mit einem Schwellwert und zur Erzeugung eines digitalen Signals, dass ein logisches Filter (16) vorhanden ist, in dem berechenbar ist, ob es sich um ein reflektiertes Signal handelt, und dass der Timer (17) zur Umwandlung des erfassen Abstandes des beabstandeten Objekts in eine Signalisierungsart eines Signalgebers vorhanden ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Open-Kollektor-Transistorschaltung (18) oder ähnliche Transistorschaltung vorhanden ist, die angesteuert durch die Signalisierung des Timers (17) eine Signalleitung (9) für die Signalisierungseinrichtung auf Masse oder einen vorgegebenen Pegel zieht.
  10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber ein Tongeber (7) ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Signalleitung (9) ein Tonsignal mit einer hörbaren Frequenz aufmodulierbar ist und die Signalleitung (9) direkt an einen vorhanden Lautsprecher angeschlossen ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandserkennungssysteme in einem Fahrzeug in dem vorderen und/oder hinteren Stoßfänger (3) angebracht ist und mit mindestens einem Dreileiterkabel (5) alle Verbindungen von den Sensoren (4) zum dem Signalgeber realisiert sind.
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