DE102012215493B4 - Increasing the robustness of ultrasound systems - Google Patents

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DE102012215493B4 DE102012215493.0A DE102012215493A DE102012215493B4 DE 102012215493 B4 DE102012215493 B4 DE 102012215493B4 DE 102012215493 A DE102012215493 A DE 102012215493A DE 102012215493 B4 DE102012215493 B4 DE 102012215493B4
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Abstract

Ultraschallsensor für ein fahrzeugbasiertes Abstandsmesssystem (10) umfassend:- einen Temperatursensor (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) zur Messung einer Temperatur des Ultraschallsensors (1) eingerichtet ist- wobei dem Ultraschallsensor (1) eine temperaturabhängige Empfindlichkeitskennlinie, insbesondere ein von der Temperatur und einer Frequenz abhängiges Kennlinienfeld, zur Kalibrierung einer Auswertung des Ultraschallsensors (1) zugeordnet ist,- wobei die Empfindlichkeitskennlinie in einem Speichermittel (4) innerhalb des Ultraschallsensors (1) abgelegt ist.Ultrasonic sensor for a vehicle-based distance measuring system (10) comprising: - a temperature sensor (2), characterized in that the temperature sensor (2) is set up to measure a temperature of the ultrasonic sensor (1) - the ultrasonic sensor (1) being provided with a temperature-dependent sensitivity characteristic, in particular a a characteristic field dependent on the temperature and a frequency, for calibrating an evaluation of the ultrasonic sensor (1), - the sensitivity characteristic is stored in a storage means (4) within the ultrasonic sensor (1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschallsysteme, wie sie beispielsweise als Einparkhilfe seit längerem im Stand der Technik bekannt sind.The present invention relates to ultrasonic systems, such as those which have long been known in the prior art as parking aids.

Die Funktion von Ultraschallsensoren basiert häufig auf dem Echolot-Prinzip, d.h., sie arbeiten sowohl als Sender als auch als Empfänger. Dabei erteilt ein Steuergerät dem Ultraschallsensor (Ultraschallsendeempfänger) das Kommando zum Senden. Übrige, im Verbund vorgesehene, nicht angesteuerte benachbarte Sensoren sind während dieser Zeit auf Empfang. Die Distanzmessung erfolgt nun nach dem Reflektionsprinzip. Der vom Ultraschallsignal durchlaufene Weg entspricht dem doppelten Abstand zwischen dem jeweiligen Sensor und einem eventuell vorhandenen Hindernis, an welchem die ausgesendeten Ultraschallsignale reflektiert worden sind. Im Sensor wird die Amplitude des Analogsignals mit einem Schwellwert (sogenannte Komparatorschwelle) verglichen. Befindet sich das dem Reflektionssignal entsprechende Analogsignal unterhalb des Schwellwertes, so ist das zugehörige Digitalsignal gleich der Sensorspannungsversorgung (high). Überschreitet hingegen das zugehörige Analogsignal die Komparatorschwelle, wechselt das Digitalsignal auf Sensormasse (low). Aus diesem Wechsel des Spannungspegels wird auf ein empfangenes Echo geschlossen. Bei den Sensoren lässt sich die Komparatorschwelle (entsprechend der Empfindlichkeit des Sensors) in Abhängigkeit von der Echolaufzeit einstellen. Dies ist erforderlich, um aufgrund erhöhter Laufstrecke abnehmende Echosignalamplituden durch eine erhöhte Detektionsempfindlichkeit zu berücksichtigen. Der Verlauf der Empfindlichkeit über der Zeit wird als Kennlinie beschrieben und innerhalb des Systems vorgehalten. Sie kann vom Steuergerät in die Sensoren programmiert und bei Bedarf verändert werden. Bekanntermaßen ist die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors stark von der Umgebungstemperatur sowie von der Luftfeuchtigkeit abhängig. Beide Größen beeinflussen die Absorption des Schallsvin der Umgebung und damit die Amplituden der Echosignale erheblich. Um die Empfindlichkeit unabhängig von diesen Größen möglichst konstant zu halten, wird heutzutage ein Lufttemperatursignal vom Fahrzeug (beispielsweise aus der Motorsteuerung oder dem Kombiinstrument) über ein Bussystem (z.B. ein CAN oder LIN-Bus), dem Einparkhilfesteuergerät zur Verfügung gestellt. Für die Luftfeuchtigkeit ist, bis auf wenige Ausnahmen, keine Verwendung von Sensoren in Serienfahrzeugen bekannt. Wird ein bestimmter Temperaturbereich vom Lufttemperatursensor gemeldet, so wird eine zugehörige, im Steuergerät abgespeicherte Kennlinie durch das Steuergerät ausgewählt und in die Ultraschallsensoren programmiert. Insbesondere für längere Echolaufzeiten (z.B. für eine derzeit maximale Reichweite von ca. 4,5 m) ist eine solche Nachführung der Sensorempfindlichkeit über der Lufttemperatur dem Auswerteergebnis zuträglich. Jedoch ist das zentral ermittelte Temperatursignal, welches über das Fahrzeug-CAN zur Verfügung gestellt wird, normalerweise nur ein Richtwert für die Außenlufttemperatur, welcher durch Filterung und Hysterese von anderen Steuergeräten verarbeitet wird. Darüber hinaus ist die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors nicht nur von der Lufttemperatur, sondern auch von der Temperatur des Ultraschallsensors bzw. des darin enthaltenen Wandlers selbst abhängig, da bestimmten Sensorbauelementen eine Temperaturabhängigkeit inhärent ist. Im Stand der Technik wird im Zuge der Auswahl einer passenden Kennlinie durch das Steuergerät davon ausgegangen, dass die Ultraschallsensoren in etwa dieselbe Temperatur wie die Umgebungsluft haben. Jedoch können bei gleichbleibender Lufttemperatur und längerer Motorlaufzeit die nahe am Motor verbauten Sensoren wärmer sein als diejenigen, welche auf der dem Motor abgewandten, kühleren Seite des Fahrzeugs angeordnet sind. Eine Kennlinienumschaltung aufgrund bekannter Lufttemperaturmessungen wird bei diesem Szenario die sich ändernde Sensortemperatur nicht berücksichtigen können. Infolgedessen kann die Empfindlichkeit der wärmeren Sensoren erheblich herabgesetzt werden, ohne dass dies durch eine Auswahl einer geeigneteren Kennlinie kompensiert würde. Dabei kann sich beispielsweise der Detektionsbereich durch eine sich ändernde Sensortemperatur bei unveränderter Empfindlichkeitskennlinie von ca. 1 m auf 80 cm für ein Hindernis in Form eines runden Pfostens bei Erwärmung des Sensors um 40° reduzieren. Die Auswirkungen auf die Fahrsicherheit sind einleuchtender Weise erheblich. Auch wenn ein Fahrzeug im Winter aus einer beheizten Garage auf die Straße gefahren wird, können bekannte Systeme, welche lediglich die Lufttemperatur der Umgebungsluft berücksichtigen, nachteilige Ergebnisse liefern. Nach einem solchen Sturz der Lufttemperatur würden Systeme des Standes der Technik unverzüglich eine empfindlichere Kennlinie laden. Jedoch kühlen die Sensoren bei der Ausfahrt aus der beheizten Garage nur verzögert aus. Entsprechend nimmt ihre Empfindlichkeit nur langsam ab. In Verbindung mit der aufgrund der Umgebungstemperatur geladenen Kennlinie sind viele Störechos durch Überempfindlichkeit der Sensoren die Folge.The function of ultrasonic sensors is often based on the echo sounder principle, i.e. they work as both a transmitter and a receiver. A control device gives the ultrasonic sensor (ultrasound transceiver) the command to send. The remaining, uncontrolled neighboring sensors provided in the network are receiving signals during this time. The distance measurement is now carried out according to the reflection principle. The path traveled by the ultrasonic signal corresponds to twice the distance between the respective sensor and any obstacle that may be present on which the emitted ultrasonic signals have been reflected. In the sensor, the amplitude of the analog signal is compared with a threshold value (so-called comparator threshold). If the analog signal corresponding to the reflection signal is below the threshold value, the associated digital signal is equal to the sensor voltage supply (high). However, if the associated analog signal exceeds the comparator threshold, the digital signal changes to sensor ground (low). This change in voltage level indicates that an echo has been received. For the sensors, the comparator threshold (according to the sensitivity of the sensor) can be adjusted depending on the echo transit time. This is necessary in order to take into account decreasing echo signal amplitudes due to increased running distance through increased detection sensitivity. The course of sensitivity over time is described as a characteristic curve and stored within the system. It can be programmed into the sensors by the control unit and changed if necessary. It is known that the sensitivity of the ultrasonic sensor is highly dependent on the ambient temperature and humidity. Both variables significantly influence the absorption of sound in the environment and thus the amplitudes of the echo signals. In order to keep the sensitivity as constant as possible regardless of these variables, an air temperature signal from the vehicle (e.g. from the engine control or the instrument cluster) is now made available to the parking aid control unit via a bus system (e.g. a CAN or LIN bus). With a few exceptions, there is no known use of sensors for air humidity in series vehicles. If a certain temperature range is reported by the air temperature sensor, an associated characteristic curve stored in the control unit is selected by the control unit and programmed into the ultrasonic sensors. Particularly for longer echo transit times (e.g. for a current maximum range of approx. 4.5 m), such tracking of the sensor sensitivity based on the air temperature is beneficial to the evaluation result. However, the centrally determined temperature signal, which is made available via the vehicle CAN, is usually only a guideline value for the outside air temperature, which is processed by other control devices through filtering and hysteresis. In addition, the sensitivity of the ultrasonic sensor is dependent not only on the air temperature, but also on the temperature of the ultrasonic sensor or the transducer contained therein itself, since certain sensor components are inherently temperature dependent. In the prior art, when selecting a suitable characteristic curve by the control unit, it is assumed that the ultrasonic sensors have approximately the same temperature as the ambient air. However, if the air temperature remains the same and the engine runs for longer, the sensors installed close to the engine can be warmer than those located on the cooler side of the vehicle facing away from the engine. In this scenario, a characteristic curve switch based on known air temperature measurements will not be able to take the changing sensor temperature into account. As a result, the sensitivity of the warmer sensors can be significantly reduced without this being compensated for by selecting a more suitable characteristic curve. For example, the detection range can be reduced from approx. 1 m to 80 cm for an obstacle in the form of a round post when the sensor heats up by 40° due to a changing sensor temperature with an unchanged sensitivity characteristic. The impact on driving safety is obviously significant. Even if a vehicle is driven from a heated garage onto the road in winter, known systems that only take the ambient air temperature into account can produce adverse results. After such a drop in air temperature, prior art systems would immediately load a more sensitive characteristic curve. However, the sensors only cool down with a delay when leaving the heated garage. Accordingly, their sensitivity only decreases slowly. In conjunction with the characteristic curve loaded due to the ambient temperature, this results in many false echoes due to the oversensitivity of the sensors.

Die Schrift US 2007/0 157 728 A1 offenbart einen Ultraschallsensor, umfassend: Einen Signalgenerator zur Erzeugung von elektrischen Sendesignalen mit einer vorbestimmten Frequenz; einen Vibrator zur Umwandlung der übertragenden elektrischen Signale in Schwingungen; ein Sendeelement zur Übertragung von Ultraschallwellen, die aus den Vibrationen gebildet werden; und einen Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur des übertragenden Elements, wobei die vorgegebene Frequenz der übertragenden elektrischen Signale entsprechend der Umgebungstemperatur verändert wird, so dass die Frequenz der übertragenden elektrischen Signale immer mit einer Resonanzfrequenz des übertragenden Elements zusammenfällt.The font US 2007/0 157 728 A1 discloses an ultrasonic sensor comprising: a signal generator for generating electrical transmission signals at a predetermined frequency; a vibrator for converting the transmitted electrical signals into vibrations; a transmitting element for transmitting ultrasonic waves formed from the vibrations; and a temperature sensor sor for detecting the ambient temperature of the transmitting element, the predetermined frequency of the transmitting electrical signals being changed in accordance with the ambient temperature, so that the frequency of the transmitting electrical signals always coincides with a resonance frequency of the transmitting element.

Das Dokument DE 10 2005 045 019 A1 offenbart einen Ultraschallsensor mit einer Membran, wobei der Ultraschallsensor ein Heizelement zum Beheizen der Membran und eine Temperaturmesseinheit zur Temperaturmessung des Ultraschallsensors aufweist.The document DE 10 2005 045 019 A1 discloses an ultrasonic sensor with a membrane, the ultrasonic sensor having a heating element for heating the membrane and a temperature measuring unit for measuring the temperature of the ultrasonic sensor.

Die Schrift DE 10 2010 028 009 A1 offenbart einen Ultraschallsensor eingerichtet zur Abstandserfassung, der eine Wandleraußenfläche umfasst, wobei an der Wandleraußenfläche ein Blockadesensor vorgesehen ist, der eine Blockadesensorfläche an der Wandleraußenfläche aufweist, wobei der Blockadesensor empfindlich für eine elektrische Eigenschaft oder empfindlich für eine Temperatur ist, die an der Blockadesensorfläche vorliegt.The font DE 10 2010 028 009 A1 discloses an ultrasonic sensor set up for distance detection, which comprises an outer transducer surface, a blockage sensor being provided on the outer transducer surface, which has a blockage sensor surface on the outer transducer surface, the blockage sensor being sensitive to an electrical property or sensitive to a temperature that is present on the blockage sensor surface.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu umgehen.The invention is based on the object of circumventing the aforementioned disadvantages.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschallsensor für ein fahrzeugbasiertes Abstandsmesssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Unter einem Ultraschallsensor sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche imstande ist, Ultraschallsignale in die Umgebung abzustrahlen und zugleich oderbanschließend Ultraschallsignale aus der Umgebung zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Daher könnte ein Ultraschallsensor im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Ultraschallsendeempfänger bezeichnet werden. Das fahrzeugbasierte Abstandsmesssystem kann einen oder mehrere solcher Ultraschallsensoren umfassen und eingerichtet sein, einen Anwender des Systems bzw. einen Fahrer des Fahrzeugs optisch und/oder akustisch über den Abstand seines Fahrzeugs zu Umgebungsobjekten zu informieren. Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor auch in einem sogenannten Parkpilotsystem zum Einsatz gelangen, welches eingerichtet ist, Abstandsmesssignale auszuwerten und Fahrzeugbewegungen selbstständig (automatisch) einzuleiten und zu kontrollieren. Erfindungsgemäß umfasst der Ultraschallsensor, welcher beispielsweise als Bauteil innerhalb eines Stoßfängers des Fahrzeugs angeordnet sein kann, einen Temperatursensor. Der Temperatursensor ist dabei eingerichtet, eine Temperatur des Ultraschallsensors selbst zu messen und auswertbare Ergebnisse hinsichtlich der Temperatur des Ultraschallsensors zur Verfügung zu stellen. Der erfindungsgemäß vorgesehene Temperatursensor unterscheidet sich also dadurch von den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, dass er nicht die Temperatur der das Fahrzeug umgebenden Luft misst, sondern die Temperatur zumindest einer Komponente des Ultraschallsensors, wie beispielsweise des Schallwandlers und/oder weiterer Komponenten, welche zur Auswertung und Weiterverarbeitung der Ultraschallsignale vorgesehen sind.The aforementioned object is achieved according to the invention by an ultrasonic sensor for a vehicle-based distance measuring system with the features according to claim 1. In the context of the present invention, an ultrasonic sensor is understood to mean a device which is capable of emitting ultrasonic signals into the environment and at the same time or subsequently receiving ultrasonic signals from the environment received and converted into electrical signals. Therefore, an ultrasonic sensor could also be referred to as an ultrasonic transceiver within the scope of the present invention. The vehicle-based distance measuring system can include one or more such ultrasonic sensors and can be set up to optically and/or acoustically inform a user of the system or a driver of the vehicle about the distance of his vehicle to surrounding objects. An ultrasonic sensor according to the invention can preferably also be used in a so-called parking pilot system, which is set up to evaluate distance measurement signals and initiate and control vehicle movements independently (automatically). According to the invention, the ultrasonic sensor, which can be arranged, for example, as a component within a bumper of the vehicle, comprises a temperature sensor. The temperature sensor is set up to measure a temperature of the ultrasonic sensor itself and to provide evaluable results with regard to the temperature of the ultrasonic sensor. The temperature sensor provided according to the invention therefore differs from the devices known in the prior art in that it does not measure the temperature of the air surrounding the vehicle, but rather the temperature of at least one component of the ultrasonic sensor, such as the sound transducer and / or other components which are used for Evaluation and further processing of the ultrasound signals are provided.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt kann der Temperatursensor einen pn-Übergang im Ultraschallsensor umfassen. Der pn-Übergang (beispielsweise in Form eines Halbleiterelementes, wie z.B. eine Diode und/oder ein Transistor) kann dabei durch einen kontanten Strom oder eine konstante Spannung mit elektrischer Energie versorgt werden, so dass die Temperaturabhängigkeit seiner Leitfähigkeit mittels elektrischer Zustandsgrößen einen Rückschluss auf seine Temperatur zulässt. Weiter bevorzugt kann der pn-Übergang in einer ASIC (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung) vorhanden sein, welche zum Erzeugen und/oder Auswerten von Ultraschallsensorsignalen und/oder Durchführen der Bus-Kommunikation mit der Fahrzeugumgebung vorgesehen ist.The temperature sensor can preferably include a pn junction in the ultrasonic sensor. The pn junction (for example in the form of a semiconductor element, such as a diode and/or a transistor) can be supplied with electrical energy by a constant current or a constant voltage, so that the temperature dependence of its conductivity can be used to draw conclusions about its conductivity using electrical state variables temperature allows. More preferably, the pn junction can be present in an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), which is intended for generating and/or evaluating ultrasonic sensor signals and/or carrying out bus communication with the vehicle environment.

Erfindungsgemäß ist dem Ultraschallsensor eine temperaturabhängige Empfindlichkeitskennlinie zugeordnet, mittels welcher Schwellenwerte zur Erkennung eines Echos in einem Sensorsignal festgelegt werden. In Abhängigkeit der Temperatur wird somit ein jeweils zugeordneter Gesamtechopegel als Schwellwert festgelegt, oberhalb dessen auf das Vorhandensein eines Echos im Wandlersignal geschlossen wird.According to the invention, the ultrasonic sensor is assigned a temperature-dependent sensitivity characteristic, by means of which threshold values for detecting an echo in a sensor signal are determined. Depending on the temperature, an assigned total echo level is thus defined as a threshold value, above which the presence of an echo in the converter signal is concluded.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Kennlinienfeld vorgesehen werden, bei welchem abhängig von der Frequenz und der Temperatur des Ultraschallsensors bzw. seiner Komponenten eine Vielzahl von Schwellwerten vordefiniert ist. Die Empfindlichkeitskennlinie bzw. das Kennlinienfeld sind erfindungsgemäß im Speicher innerhalb des Ultraschallsensors abgelegt. Hierzu ist erfindungsgemäß innerhalb des Steuergerätes ein entsprechendes Speichermittel vorgesehen, in welchem die Kennlinie bzw. das Kennlinienfeld abgespeichert ist. Dies hält den Datenverkehr auf dem Bussystem gering.Alternatively or additionally, a characteristic field can be provided in which a large number of threshold values are predefined depending on the frequency and temperature of the ultrasonic sensor or its components. According to the invention, the sensitivity characteristic curve or the characteristic curve field are stored in the memory within the ultrasonic sensor. For this purpose, according to the invention, a corresponding storage means is provided within the control device, in which the characteristic curve or the characteristic curve field is stored. This keeps data traffic on the bus system low.

Weiter bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor einen weiteren Temperatursensor umfassen, welcher eingerichtet ist, die Umgebungslufttemperatur zu ermitteln und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Temperatursensor innerhalb des Utraschallsensors so ausgestaltet sein, dass er sowohl die Temperatur der Komponenten des Ultraschallsensors als auch eine die Umgebungslufttemperatur repräsentierende Messgröße ermitteln kann. Beispielsweise kann ein solcher Sensor einen der Oberfläche des Ultraschallsensors zugewandten Sensorkopf aufweisen, mittels welchem die Umgebungslufttemperatur ermittelt wird, und einen zweiten Sensorkopf bzw. Sensorbereich innerhalb des Ultraschallsensors umfassen, mittels welchem die Temperatur von Komponenten des Ultraschallsensors ermittelt werden kann. Auf diese Weise ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten, ermittelte Temperaturwerte einander gegenüber zu plausibilisieren und zu erwartende Entwicklungen der Ultraschallsensortemperatur vorauszusagen.More preferably, an ultrasonic sensor according to the invention can comprise a further temperature sensor, which is set up to determine the ambient air temperature and make it available for further processing. Alternatively or additionally, the temperature sensor within the ultrasonic sensor can also be designed in this way be that it can determine both the temperature of the components of the ultrasonic sensor and a measurement variable representing the ambient air temperature. For example, such a sensor can have a sensor head facing the surface of the ultrasonic sensor, by means of which the ambient air temperature is determined, and a second sensor head or sensor area within the ultrasonic sensor, by means of which the temperature of components of the ultrasonic sensor can be determined. In this way, there are numerous possibilities for comparing determined temperature values with each other and predicting expected developments in the ultrasonic sensor temperature.

Weiter bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, welche eingerichtet ist, die Temperatur des Ultraschallsensors und/oder der Komponenten innerhalb des Fahrzeugverbundes zur Verfügung zu stellen. Dies kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle sich dabei einer Puls-Code-Modulation und/oder einer Pulsweiten-Modulation zur Informationscodierung bedienen. Beide Kommunikationsverfahren bieten ein hohes Maß an Sicherheit gegenüber Signalstörungen auf dem jeweiligen Kommunikationsmedium.More preferably, an ultrasonic sensor according to the invention can comprise a communication interface which is set up to provide the temperature of the ultrasonic sensor and/or the components within the vehicle assembly. This can be done wired or wirelessly. For example, the communication interface can use pulse code modulation and/or pulse width modulation for information coding. Both communication methods offer a high level of security against signal interference on the respective communication medium.

Dabei kann der Ultraschallsensor eingerichtet sein, in vordefinierten zeitlichen Intervallen (zyklisch) einen die aktuelle Temperatur repräsentierenden Datensatz zu versenden, oder im Ansprechen auf eine Änderung einer Temperatur um einen bestimmten Betrag eine solche Kommunikation anzustoßen. Auf diese Weise kann die Datenkommunikation innerhalb des verwendeten Kommunikationskanals ereignisgesteuert gestaltet und unnötiger Datenverkehr auf diese Weise vermieden werden.The ultrasonic sensor can be set up to send a data record representing the current temperature at predefined time intervals (cyclically), or to initiate such communication in response to a change in temperature by a certain amount. In this way, data communication within the communication channel used can be designed to be event-controlled and unnecessary data traffic can be avoided in this way.

Insbesondere kann als Kommunikationskanal ein Controller Area Network (CAN)-Bus verwendet werden, wobei die Kommunikationsschnittstelle einen sogenannten CAN-Controller umfasst. Insofern als CAN ein derzeit weit verbreiteter Kommunikationsstandard im Automobilsektor ist, bietet sich ein hohes Maß an Integrationspotential und Kostenersparnis bei der Verwendung erfindungsgemäßer Ultraschallsensoren mit CAN-Schnittstellen an.In particular, a Controller Area Network (CAN) bus can be used as the communication channel, with the communication interface comprising a so-called CAN controller. Insofar as CAN is currently a widespread communication standard in the automotive sector, there is a high degree of integration potential and cost savings when using ultrasonic sensors according to the invention with CAN interfaces.

Ebenfalls weit verbreitet im Automobilsektor ist LIN (Local Interconnect Network) als Kommunikationsstandard. Diese Busschnittstelle ist ebenfalls sehr gut als kostengünstiger Kommunikationskanal zwischen Steuergerät und Ultraschallsensoren geeignet.LIN (Local Interconnect Network) is also widely used as a communication standard in the automotive sector. This bus interface is also very suitable as a cost-effective communication channel between the control unit and ultrasonic sensors.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Abstandsmesssystem zur Verfügung gestellt, welches ein Steuergerät zur Auswertung von Abstandssignalen sowie einen oder mehrere Ultraschallsensoren umfasst, wie er vorstehend in unterschiedlichen Ausgestaltungen diskutiert worden ist. Weiter umfasst das erfindungsgemäße Abstandsmesssystem einen Kommunikationskanal zwischen dem Steuergerät und dem Ultraschallsensor, welcher eingerichtet ist, Signale betreffend die Abstandsmessung und/oder die Temperatur, insbesondere die Sensortemperatur, zu übertragen. Mit anderen Worten ist das Steuergerät eingerichtet, einerseits zu sendende Ultraschallsignale bereitzustellen, andererseits die Auswertung empfangener Echos durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich können die verwendeten Ultraschallsensoren auch eine Auswertelogik umfassen, so dass diese fertig interpretierte (Digital)-Signale über den Kommunikationskanal an das Steuergerät senden. Erfindungsgemäß ist nun weiter vorgesehen, dass über den Kommunikationskanal auch die Sensortemperatur und/oder die Umgebungslufttemperatur betreffende Nachrichten bzw. Signale an das Steuergerät gelangen können und gegebenenfalls im Steuergerät hinterlegte Kennlinien über den Kommunikationskanal an die erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren zu deren Kalibrierung gesendet werden können. Ein derart ausgestaltetes Abstandsmesssystem bietet eine erhöhte Robustheit gegenüber temperaturabhängigen Empfindlichkeitsschwankungen verwendeter Ultraschallsensoren.According to a further aspect of the present invention, a distance measuring system is provided which comprises a control device for evaluating distance signals and one or more ultrasonic sensors, as discussed above in different embodiments. The distance measuring system according to the invention further comprises a communication channel between the control device and the ultrasonic sensor, which is set up to transmit signals relating to the distance measurement and/or the temperature, in particular the sensor temperature. In other words, the control device is set up, on the one hand, to provide ultrasound signals to be sent and, on the other hand, to carry out the evaluation of received echoes. Alternatively or additionally, the ultrasonic sensors used can also include evaluation logic so that they send fully interpreted (digital) signals to the control unit via the communication channel. According to the invention, it is now further provided that messages or signals relating to the sensor temperature and/or the ambient air temperature can also reach the control device via the communication channel and, if necessary, characteristic curves stored in the control device can be sent via the communication channel to the ultrasonic sensors according to the invention for their calibration. A distance measuring system designed in this way offers increased robustness against temperature-dependent sensitivity fluctuations of the ultrasonic sensors used.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, umfassend einen oben diskutierten Ultraschallsensor und/oder ein zuvor diskutiertes Abstandsmesssystem vorgeschlagen. Ein derart eingerichtetes Fahrzeug bietet ein erhöhtes Maß an Fahrsicherheit gegenüber unerwünschten Kollisionen mit Gegenständen und/oder Personen der Fahrzeugumgebung, in dem temperaturabhängige Empfindlichkeitsschwankungen besser berücksichtigt werden.According to a further aspect, a vehicle comprising an ultrasonic sensor discussed above and/or a distance measuring system discussed above is proposed. A vehicle set up in this way offers an increased level of driving safety against unwanted collisions with objects and/or people in the vehicle's surroundings by better taking temperature-dependent sensitivity fluctuations into account.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors veranschaulichende Komponenten im Inneren desselben;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abstandsmesssystem; und
  • 3 ein elektrisches Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Realisierung einer erfindungsgemäß vorgesehenen Temperaturmessung innerhalb eines Ultraschallsensors.
Embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an ultrasonic sensor according to the invention illustrating components inside the same;
  • 2 an exemplary embodiment of a distance measuring system according to the invention; and
  • 3 an electrical circuit diagram for an exemplary embodiment of the present invention for realizing a temperature measurement provided according to the invention within an ultrasonic sensor.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ultraschallsensors 1, in welchem ein erfindungsgemäßer Temperatursensor 2 mit einem Mikrocontroller 3 als Auswerteeinheit für Ultraschall- und Temperatursignale vorgesehen ist. Mit dem Mikrocontroller 3 ist weiter ein Speicher 4 als Speichermittel zum Vorhalten von Kennlinien und Kennlinienfeldern für eine Kalibrierung des Ultraschallsensors auf unterschiedliche Temperaturwerte vorgesehen. Über Anschlussleitungen 6 kann eine innerhalb des Ultraschallsensors 1 vorgesehene Kommunikationsschnittstelle 7 zu sendende Ultraschallsignale von einem (in 1 nicht dargestellten) zentralen Steuergerät empfangen und an den Mikrocontroller 3 weiterleiten. Der Mikrocontroller 3 kann beispielsweise eine Empfangsschaltung sowie einen Sendeverstärker umfassen, über welche bzw. welchen Sendesignale an eine Membran 5 gesendet bzw. von der Membran 5 empfangen und aufbereitet werden können. Die dargestellten Komponenten des Ultraschallsensors 1 können beispielsweise in einem Kunststoffgehäuse angeordnet (z.B. eingegossen) sein, wodurch der Korpus des Ultraschallsensors 1 gegenüber Temperaturschwankungen der Umgebungsluft eine thermische Trägheit aufweist. Daher können die vom Temperatursensor 2 abgegebenen Temperatursignale sich insbesondere im Falle ändernder Umgebungstemperaturen deutlich von Temperatursignalen unterscheiden, welche die Umgebungslufttemperaturwiedergeben. 1 shows a schematic representation of an ultrasonic sensor 1, in which a temperature sensor 2 according to the invention is provided with a microcontroller 3 as an evaluation unit for ultrasonic and temperature signals. A memory 4 is also provided with the microcontroller 3 as a storage means for maintaining characteristic curves and characteristic curve fields for calibrating the ultrasonic sensor to different temperature values. A communication interface 7 provided within the ultrasonic sensor 1 can be used to send ultrasonic signals from a (in 1 Receive the central control device (not shown) and forward it to the microcontroller 3. The microcontroller 3 can, for example, include a reception circuit and a transmission amplifier, via which transmission signals can be sent to a membrane 5 or received and processed by the membrane 5. The illustrated components of the ultrasonic sensor 1 can, for example, be arranged (for example cast) in a plastic housing, whereby the body of the ultrasonic sensor 1 has thermal inertia compared to temperature fluctuations in the ambient air. Therefore, the temperature signals emitted by the temperature sensor 2 can differ significantly from temperature signals which reflect the ambient air temperature, particularly in the case of changing ambient temperatures.

2 zeigt ein Abstandsmesssystem 10, bei welchem in 1 im Detail dargestellte Ultraschallsensoren 1 über Anschlussleitungen 6 als Bussystem miteinander verbunden sind. Den Master des dargestellten Abstandsmesssystems 10 bildet ein Steuergerät 8. Im Steuergerät 8 kann das Abstandsmesssystem Signalformen vorhalten, welche über einen oder mehrere Ultraschallsensoren 1 in die Umgebung abgestrahlt werden. Im Ansprechen auf an den Ultraschallsensoren 1 eintreffenden Echos der ausgesandten Signale, welche über die Anschlussleitungen 6 zum Steuergerät 8 gelangen, kann das Steuergerät 8 Aktionen bestimmen, welche für den Fall entsprechender Abstandsmesssignale vordefiniert sind. Zur Kommunikation über die Anschlussleitungen 6, welche beispielsweise als CAN- oder LIN-Bus ausgeführt sein können, können die Ultraschallsensoren 1 sowie das Steuergerät 8 jeweils CAN- bzw. LIN-Controller umfassen, um die Kommunikation über die Anschlussleitungen 6 durchzuführen. 2 shows a distance measuring system 10, in which in 1 Ultrasonic sensors 1 shown in detail are connected to one another as a bus system via connecting lines 6. The master of the distance measuring system 10 shown is a control device 8. In the control device 8, the distance measuring system can hold signal forms which are emitted into the environment via one or more ultrasonic sensors 1. In response to echoes of the emitted signals arriving at the ultrasonic sensors 1, which reach the control device 8 via the connecting lines 6, the control device 8 can determine actions which are predefined for the case of corresponding distance measurement signals. For communication via the connecting lines 6, which can be designed, for example, as a CAN or LIN bus, the ultrasonic sensors 1 and the control device 8 can each include CAN or LIN controllers in order to carry out the communication via the connecting lines 6.

3 zeigt ein Schaltbild für eine elektrotechnische Realisierung eines Temperatursensors 2 in einem Ultraschallsensor 1. Mit anderen Worten ist die dargestellte Schaltung 100 innerhalb des aus 1 bekannten Temperatursensors 2 enthalten. In der Schaltung 100 stellt der Transistor 11 ein Ausführungsbeispiel für einen pn-Übergang dar, mittels welchem die Temperatur innerhalb des Ultraschallsensors 1 gemessen werden kann. Hierzu wird der Transistor 11 über eine Versorgungsspannung 14 und eine Stromquelle 13 mit einem Konstantstrom 12 versorgt. Der Kollektor und die Basis des Transistors 11 sind miteinander kurzgeschlossen. Der Transistor 11 selbst ist als NPN-Transistor ausgeführt. Die Flussspannung durch den Transistor 11 ist dabei temperaturabhängig, so dass eine Spannungsmessung einen der Ultraschallsensortemperatur äquivalenten Messwert bereitstellen kann. Beispielsweise kann hierzu die Gleichung U Fluss = U 0 − 1,7  mV/K * ( T − 300  K )

Figure DE102012215493B4_0001
verwendet werden, worin U0 ein vom verwendeten Halbleiterprozess abhängiger konstanter Spannungswert von ca. 0,7 V ist. Diese Gleichung kann bei gemessener Flussspannung UFluss nach T aufgelöst werden, um einen aktuellen Temperaturwert des pn-Übergangs zu erhalten. Über die Widerstände 15 und 16 sowie den Operationsverstärker 17, welcher mit einer Referenzspannung 18 versorgt wird, kann die veränderliche Spannung UFluss über den Transistor 11 in einen Wertebereich transformiert werden, der dem Aussteuerbereich des nachgeschalteten Analog/Digital (A/D)-Wandlers 19 entspricht. Dessen Ausgangssignal 20 wird von der (nicht dargestellten) Ablaufsteuerung eines ASIC empfangen und in geeigneter Weise über die in 1 dargestellte Kommunikationsschnittstelle 7 zum in 2 dargestellten Steuergerät 8 übermittelt. 3 shows a circuit diagram for an electrical implementation of a temperature sensor 2 in an ultrasonic sensor 1. In other words, the circuit 100 shown is within the 1 known temperature sensor 2 included. In the circuit 100, the transistor 11 represents an exemplary embodiment of a pn junction, by means of which the temperature within the ultrasonic sensor 1 can be measured. For this purpose, the transistor 11 is supplied with a constant current 12 via a supply voltage 14 and a current source 13. The collector and base of the transistor 11 are short-circuited together. The transistor 11 itself is designed as an NPN transistor. The forward voltage through the transistor 11 is temperature-dependent, so that a voltage measurement can provide a measured value equivalent to the ultrasonic sensor temperature. For example, the equation: U Flow = U 0 − 1.7 mV/K * ( T − 300 K )
Figure DE102012215493B4_0001
 can be used, in which U 0 is a constant voltage value of approximately 0.7 V that depends on the semiconductor process used. With the measured flux voltage U flux , this equation can be solved for T in order to obtain a current temperature value of the pn junction. Via the resistors 15 and 16 and the operational amplifier 17, which is supplied with a reference voltage 18, the variable voltage U flux can be transformed via the transistor 11 into a value range that corresponds to the control range of the downstream analog/digital (A/D) converter 19 corresponds. Its output signal 20 is received by the sequence control (not shown) of an ASIC and is appropriately sent via the in 1 communication interface 7 shown in 2 control unit 8 shown is transmitted.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, Diskrepanzen zwischen der Lufttemperatur einer Fahrzeugumgebung und den Komponenten im Fahrzeug angeordneter Ultraschallsensoren dadurch aufzulösen, dass ein Temperatursensor vorgesehen wird, welcher eingerichtet ist, die Temperatur des Ultraschallsensors selbst zu ermitteln und diese bei der Auswahl von Kennlinien bzw. Kennfeldern für die Kalibrierung des Ultraschallsensors heranzuziehen.A core idea of the present invention is to resolve discrepancies between the air temperature of a vehicle environment and the components of ultrasonic sensors arranged in the vehicle by providing a temperature sensor which is set up to determine the temperature of the ultrasonic sensor itself and to use this when selecting characteristics or Characteristic maps to be used to calibrate the ultrasonic sensor.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der darstellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Even if the aspects and advantageous embodiments according to the invention have been described in detail using the exemplary embodiments explained in connection with the accompanying drawing figures, modifications and combinations of features of the illustrated exemplary embodiments are possible for the person skilled in the art without departing from the scope of the present invention, the scope of which is covered by the attached claims are defined.

Claims (8)

Ultraschallsensor für ein fahrzeugbasiertes Abstandsmesssystem (10) umfassend: - einen Temperatursensor (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) zur Messung einer Temperatur des Ultraschallsensors (1) eingerichtet ist - wobei dem Ultraschallsensor (1) eine temperaturabhängige Empfindlichkeitskennlinie, insbesondere ein von der Temperatur und einer Frequenz abhängiges Kennlinienfeld, zur Kalibrierung einer Auswertung des Ultraschallsensors (1) zugeordnet ist, - wobei die Empfindlichkeitskennlinie in einem Speichermittel (4) innerhalb des Ultraschallsensors (1) abgelegt ist.Ultrasonic sensor for a vehicle-based distance measuring system (10) comprising: - a temperature sensor (2), characterized in that the temperature sensor (2) is set up to measure a temperature of the ultrasonic sensor (1) - wherein the ultrasonic sensor (1) is provided with a temperature-dependent sensitivity characteristic, in particular a a characteristic field dependent on the temperature and a frequency, for calibrating an evaluation of the ultrasonic sensor (1), - the sensitivity characteristic being stored in a storage means (4) within the ultrasonic sensor (1). Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor (2) als strom- und/oder spannungsversorgter pn-Übergang im Ultraschallsensor (1), insbesondere in einem ASIC und/oder Transistor (11), enthalten ist.Ultrasonic sensor Claim 1 , wherein the temperature sensor (2) is contained as a current- and/or voltage-supplied pn junction in the ultrasonic sensor (1), in particular in an ASIC and/or transistor (11). Ultraschallsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Temperatursensor (2) zusätzlich zur Messung der Lufttemperatur eingerichtet ist und/oder zu diesem Zwecke ein weiterer Temperatursensor (2) im Ultraschallsensor (1) vorgesehen ist.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (2) is additionally set up to measure the air temperature and/or a further temperature sensor (2) is provided in the ultrasonic sensor (1) for this purpose. Ultraschallsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Kommunikationsschnittstelle (7), welche eingerichtet ist, die Temperatur des Ultraschallsensors (1) und/oder der Luft, insbesondere unter Verwendung von Puls-Code-Modulation und/oder Pulsweitenmodulation, zu kommunizieren.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, further comprising a communication interface (7) which is set up to communicate the temperature of the ultrasonic sensor (1) and/or the air, in particular using pulse code modulation and/or pulse width modulation. Ultraschallsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ultraschallsensor eingerichtet ist, zyklisch oder bei Änderung um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz, eine die aktuelle Temperatur repräsentierende Nachricht zu senden.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic sensor is set up to send a message representing the current temperature cyclically or when it changes by a predetermined temperature difference. Ultraschallsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher eingerichtet ist, über einen CAN-Bus (6) und/oder einen LIN-Bus zu kommunizieren.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, which is set up to communicate via a CAN bus (6) and/or a LIN bus. Abstandsmesssystem, umfassend: - ein Steuergerät (8) zur Auswertung von Abstandssignalen, - einen Ultraschallsensor (9) nach einem der vorstehenden Ansprüche, und - einen Kommunikationskanal (6) zwischen dem Steuergerät (8) und dem Ultraschallsensor (1), welcher eingerichtet ist, Signale betreffend die Abstandsmessung und/oder die Temperatur, insbesondere die Sensortemperatur, zu übertragen.Distance measuring system, comprising: - a control device (8) for evaluating distance signals, - an ultrasonic sensor (9) according to one of the preceding claims, and - a communication channel (6) between the control device (8) and the ultrasonic sensor (1), which is set up to transmit signals relating to the distance measurement and/or the temperature, in particular the sensor temperature. Fahrzeug umfassend einen Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder ein Abstandsmesssystem (10) nach Anspruch 7.Vehicle comprising an ultrasonic sensor according to one of Claims 1 until 6 and/or a distance measuring system (10). Claim 7 .
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