DE19747799A1

DE19747799A1 - Increasing the range of sensors, especially ultrasonic distance sensors for motor vehicles

Info

Publication number: DE19747799A1
Application number: DE19747799A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr Weber; Ega Tschiskale; Juergen Rapp; Volker Stegmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: DE19747799B4

Abstract

The method involves at least two sensors (10-13) emitting sound waves, detecting the sound waves reflected from an obstruction (1') and determining the distance to the obstruction from the time difference between emission and detection. The sensors operate at the same transmission frequency, have identical startup properties and are phase correlated. They are arranged so that their radiation lobes at least partially overlap.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Reichweite von Sensoren für die Abstandsmessung auf der Basis von Ultraschall, insbesondere von Ab standssensoren für Kraftfahrzeuge.The invention relates to a method for increasing the range of sensors for distance measurement based on ultrasound, especially from Ab level sensors for motor vehicles.

Im täglichen Verkehr, z. B. in der Hauptverkehrs zeit, während des Reiseverkehrs usw. kann es zu stockendem Verkehr, u. U. mit langen Standzeiten in der Kolonne, kommen. Bspw. kann sich der Verkehr wegen Überlastung der Straßen stauen, oder es kann sich vor einer Unfallstelle oder einer Ampel ein Rückstau bilden. Dabei muß der Fahrer zu jedem Zeitpunkt aufmerksam den Vordermann beobachten, ob dieser weiterfährt oder nicht. Dies ist ermüdend. Auch kann der Fahrer leicht abgelenkt werden, so daß er es verpaßt, wenn der Vordermann wieder an fährt. Es ist daher wünschenswert, den Fahrer auf den Zeitpunkt, an dem der Vordermann anfährt, in irgendeiner Weise aufmerksam zu machen. In daily traffic, e.g. B. in rush hour time, during travel, etc. it may be too slow traffic, u. U. with long service life in the column. E.g. can traffic traffic jam due to congestion or it may in front of an accident site or traffic lights Form a backwater. The driver has to go to everyone At the time carefully observe the person in front whether this continues or not. This is tiring. The driver can also be easily distracted that he misses it when the person in front comes back on moves. It is therefore desirable to drive the driver up the time at which the vehicle in front starts in to draw attention in any way.

Seit längerem sind Einparkhilfen für Kraftfahrzeuge bekannt, die auf Sensoren basieren, welche mit Ul traschall arbeiten. Die Sensoren sind in den vorde ren und hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs ein gelassen. Während des Einparkens erfolgt eine Ab standsmessung per Ultraschall, wobei ein Warnton abgegeben wird, sobald der Abstand zu einem Hinder nis einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet. Derartige Sensoren haben jedoch nur eine Reichweite von etwa 1 m. Sie sind daher für die Detektion der Fortbewegung des Vordermannes nicht geeignet, weil dazu eine größere Reichweite benötigt wird.Parking aids for motor vehicles have been around for a long time known, which are based on sensors, which with Ul work trasound. The sensors are in the front ren and rear bumper of the motor vehicle calmly. There is an ab during parking level measurement by ultrasound, with a warning tone is given as soon as the distance to a hindrance nis falls below a certain threshold. However, such sensors have only a range of about 1 m. They are therefore for the detection of Locomotion of the person in front is not suitable because this requires a larger range.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die für die Einparkhilfe bereits vorgesehenen Sen soren verwendet werden können und diese durch die erfindungsgemäße Ansteuerung eine größere Reich weite erhalten. Die Detektionsreichweite für Hin dernisse läßt sich dadurch deutlich erhöhen, daß mehrere Sensoren, die alle bei der gleichen Fre quenz arbeiten, ein identisches Einschwingverhalten aufweisen und die so angeordnet sind, daß sich ihre Abstrahlkeulen mindestens teilweise überlappen, phasenkorreliert angesteuert werden. In den Berei chen, in denen sich die Abstrahlkeulen überlappen, treten Interferenzeffekte auf, die bewirken, daß sich der Schalldruck lokal in bestimmten Raumwin keln erhöht. Dadurch können Reichweiten von deut lich über 3,5 m realisiert werden. The inventive method with the features of claim 1 has the advantage that the sen already provided for the parking aid sensors can be used and this by the control according to the invention a larger realm preserved wide. The detection range for Hin knowledge can be increased significantly by the fact that several sensors, all at the same Fre quenz work, an identical transient response have and are arranged so that their Overlap beams at least partially, can be controlled in a phase-correlated manner. In the area where the beams overlap, interference effects occur that cause the sound pressure locally in certain room win increased. This can reach ranges of Deut over 3.5 m.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen des in Anspruch 1 genannten Verfahrens mög lich.By the measure mentioned in the subclaims Men are advantageous further training and improvements The method mentioned in claim 1 is possible Lich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß für das erfindungs gemäße Verfahren bereits vorhandene, z. B. in den Stoßfängern von Kraftfahrzeugen eingebaute Sensoren verwendet werden, die auf einer Abstandsmessung mit Ultraschall basieren. Derartige Sensoren sind als "PTS-Sensoren" (PTS = Parktronic-System) bekannt. Gängige Sensoren verwenden das Puls-/Echoverfahren und haben intern eine feste Schwelle für die Detek tion eines Echos. Sie zeichnen sich insbesondere durch den für ihre Funktion als Einparkhilfe not wendigen großen Öffnungswinkel aus. Das Einschwing verhalten dieser Sensoren ist durch das intern rea lisierte Ansteuerungskonzept bei allen Sensoren gleich. Die Reichweite eines einzelnen Sensors bei der Detektion eines Hindernisses beträgt ca. 1,6 m.An advantageous development of the invention is characterized in that for the fiction appropriate procedures already existing, e.g. Tie Sensors built into motor vehicle bumpers be used with a distance measurement Ultrasound based. Such sensors are as "PTS sensors" (PTS = Parktronic system) known. Common sensors use the pulse / echo method and have an internal threshold for detection tion of an echo. They stand out in particular by the need for their function as a parking aid maneuverable large opening angle. The attack behavior of these sensors is due to the internal rea Control concept for all sensors equal. The range of a single sensor at the detection of an obstacle is approx. 1.6 m.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es also, handelsübliche Sensoren für Einparkhilfen mit einer Aufmerksamkeitssteuerung zu versehen, so daß sie für die Detektion der Bewegung des Vordermannes im stockenden Verkehr verwendet werden können.The method according to the invention thus allows commercially available sensors for parking aids with a To provide attention control so that they for the detection of the movement of the person in front in the slow traffic can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorzugs weise in Form einer Aufmerksamkeitssteuerung durch ein Software Update realisieren. Dabei ist vorteil hafterweise im Kraftfahrzeug eine optische Anzeige als Funktionsanzeige vorgesehen, welche anzeigt, ob die Aufmerksamkeitssteuerung aktiv ist oder ob die Funktion der Sensoren als Einparkhilfe aktiv ist. Diese optische Anzeige kann bspw. eine Lampe oder ein ähnliches optisches Hilfsmittel in Form eines Icons im Fahrer-Display sein.The process of the invention can be preferred in the form of attention control implement a software update. It is an advantage unfortunately in the motor vehicle an optical display provided as a function display, which indicates whether the attention control is active or whether the Function of the sensors as a parking aid is active. This optical display can, for example, be a lamp or a similar optical aid in the form of a Icons in the driver display.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, daß zum Empfang des Signals ein oder mehrere Sensoren abgefragt werden. Es genügt jedoch für die Auswer tung wenn nur einer der Sensoren ein Echosignal liefert.Another advantageous training provides that one or more sensors to receive the signal be queried. However, it is enough for the Auswer if only one of the sensors receives an echo signal delivers.

Ferner ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß ein akustisches Hinweis-Signal abgegeben wird, so bald das Anfahren des Vordermannes detektiert wird. Ferner ist es günstig, einen Schalter oder Taster zum manuellen Aktivieren der Aufmerksamkeitssteue rung vorzusehen, wobei ein Warnton abgegeben werden kann, falls kein Hindernis detektiert wird.It is also advantageously provided that an acoustic signal is given, so the start of the vehicle in front is detected soon. It is also convenient to have a switch or button to activate the attention control manually tion, whereby a warning tone is emitted can, if no obstacle is detected.

Sind die einzelnen Sensoren in der Abstrahlrichtung versetzt angeordnet, wie es z. B. bei in gekrümmten Stoßfängern eingelassenen Sensoren der Fall sein kann, so lassen sich die Laufzeitdifferenzen durch eine zeitversetzte Ansteuerung ausgleichen.Are the individual sensors in the direction of radiation staggered as z. B. in in curved Sensors embedded in the bumper can, the runtime differences can be determined by compensate for a delayed activation.

Durch die Abstandsmessung mit Ultraschall-Sensoren, wobei die maximale Reichweite nicht durch die Ab strahlleistung eines einzelnen Sensors bestimmt ist, sondern durch die phasenkorrelierte Ansteue rung mehrerer verteilter Sensoren, können also lo kal höhere Schalldrücke erzeugt und damit die Reichweiten deutlich erhöht werden. Randbedingungen sind, daß die Sensoren auf derselben Sendefrequenz arbeiten, ein identisches Einschwingverhalten auf weisen und sich die Abstrahlcharakteristiken der einzelnen Sensoren teilweise überlappen. Diese Randbedingungen sind bei den bereits bekannten Sen soren zur Einparkhilfe (PTS-Sensoren) erfüllt. Mit dieser Reichweitenerhöhung kann eine Aufmerksam keitssteuerung für die Fahrt im stockenden Verkehr realisiert werden. Es werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt.By measuring the distance with ultrasonic sensors, the maximum range is not determined by the Ab beam power determined by a single sensor is, but through the phase-correlated control tion of several distributed sensors, so can lo cal generates higher sound pressures and thus the Ranges can be increased significantly. boundary conditions are that the sensors are on the same transmit frequency work on an identical transient response point and the radiation characteristics of the partially overlap individual sensors. This Boundary conditions are in the already known Sen sensors for parking assistance (PTS sensors) fulfilled. With this increase in range can be an attentive speed control for driving in slow traffic will be realized. There will be no additional ones Sensors required.

drawing

Im folgenden wird im Ausführungsbeispiel der Er findung anhand der beigefügten Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:In the following, the Er Finding with reference to the accompanying drawing he purifies. Show it:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der im vorderen Stoßfänger eines Kraftfahr zeugs angeordneten Sensoren; Fig. 1 is a schematic representation of the sensors arranged in the front bumper of a motor vehicle;

Fig. 2 Eine Ablaufsteuerung des erfindungsge mäßen Verfahrens. Fig. 2 a sequence control of the method according to the invention.

In Fig. 1 sind schematisch zwei Kraftfahrzeuge 1 und 1' aus der Vogelperspektive dargestellt, die sich im stockenden Verkehr vorwärts bewegen. In der Fig. 1 stehen die Bezugszeichen 2, 2' für die Heckklappen, 3, 3' für die rückwärtigen Stoßfän ger, 4, 4' für die Heckscheiben und 5, 5' für die Dächer der Kraftfahrzeuge 1, 1'. Am Kraftfahrzeug 1 sind die Frontscheibe mit dem Bezugszeichen 6, die Motorhaube mit dem Bezugszeichen 7 und die vorderen Scheinwerfer mit den Bezugszeichen 8a und 8b sowie der vordere Stoßfänger mit dem Bezugszeichen 9 be zeichnet. In den vorderen Stoßfänger 9 des Kraft fahrzeugs 1 sind vier PTS-Sensoren 10, 11, 12, 13 integriert. Dabei sitzen die Sensoren 11, 12 in dem gerade verlaufenden Bereich 9a des Stoßfängers 9 etwa zwischen den beiden Scheinwerfern 8a und 8b, während die Sensoren 10, 13 im gebogenen Bereich 9b des Stoßfängers 9 angeordnet sind. Die Sensoren 10, 11, 12, 13 arbeiten nach dem Puls-/Echoverfahren mit einer festen Schwelle für die Detektion eines Echos. Die Abstrahlkeulen 10a, 11a, 12a und 13a der von ihnen abgestrahlten Schallwellen sind schema tisch durch Halbkreise angedeutet. Damit soll dar gestellt werden, daß sich diese Sensoren 10, 11, 12, 13 durch den für ihre Funktion als Einpark hilfe notwendigen großen Öffnungswinkel auszeich nen.In Fig. 1, two motor vehicles 1 and 1 'are shown schematically from a bird's eye view, which move forward in slow traffic. In Fig. 1, reference numerals 2 , 2 'for the tailgates, 3 , 3 ' for the rear bumpers ger, 4 , 4 'for the rear windows and 5 , 5 ' for the roofs of the motor vehicles 1 , 1 '. On the motor vehicle 1 , the front window with the reference number 6 , the hood with the reference number 7 and the front headlights with the reference numbers 8 a and 8 b and the front bumper with the reference number 9 are characterized. In the front bumper 9 of the motor vehicle 1 , four PTS sensors 10 , 11 , 12 , 13 are integrated. The sensors 11 , 12 are located in the straight region 9 a of the bumper 9 approximately between the two headlights 8 a and 8 b, while the sensors 10 , 13 are arranged in the curved region 9 b of the bumper 9 . The sensors 10 , 11 , 12 , 13 operate according to the pulse / echo method with a fixed threshold for the detection of an echo. The radiation lobes 10 a, 11 a, 12 a and 13 a of the sound waves emitted by them are schematically indicated by semicircles. This is intended to provide that these sensors 10 , 11 , 12 , 13 are distinguished by the large opening angle necessary for their function as parking aid.

Die PTS-Sensoren 10, 11, 12, 13 arbeiten bei der selben Sendefrequenz und weisen identische Ein schwingverhalten auf. Ihre Abstrahlkeulen 10a, 11a, 12a, 13a überlappen teilweise.The PTS sensors 10 , 11 , 12 , 13 operate at the same transmission frequency and have identical oscillation behavior. Their radiation lobes 10 a, 11 a, 12 a, 13 a partially overlap.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Senso ren 10, 11, 12, 13 phasenrichtig oder phasenkorre liert angesteuert werden. Dies bewirkt, daß im Überlappungsbereich der Abstrahlkeulen 10a, 11a, 12a, 13a Interferenzeffekte auftreten. Daraus re sultieren Bereiche 14, 15, 16 mit Schallwellen von einer vergrößerten Reichweite bis deutlich über 3,5 m. Diese Schallwellen erreichen den rückwärtigen Stoßfänger 3' des Fahrzeuges 1' und werden von ihm reflektiert. Das von den Schallwellen in den Berei chen 14, 15, 16 produzierte Echosignal wird von al len Sensoren 10, 11, 12, 13 detektiert, so daß diese abgefragt werden können. Es genügt jedoch wenn ein einzelner Sensor abgefragt wird.According to the invention, it is now provided that the sensors 10 , 11 , 12 , 13 are controlled in phase or phase corrected. This causes interference effects to occur in the overlap area of the radiation lobes 10 a, 11 a, 12 a, 13 a. This results in areas 14 , 15 , 16 with sound waves from an extended range to well over 3.5 m. These sound waves reach the rear bumper 3 'of the vehicle 1 ' and are reflected by it. The echo signal produced by the sound waves in areas 14 , 15 , 16 is detected by al sensors 10 , 11 , 12 , 13 so that they can be queried. However, it is sufficient if a single sensor is queried.

Da die Sensoren 10, 13 in den Biegungen 9b des vor deren Stoßfängers 9 lokalisiert sind, ergibt sich ein etwas längerer Weg für die Schallwellen und da mit Laufzeitdifferenzen zu den Sensoren 11 und 12. Daher werden diese Sensoren 10, 13 zeitversetzt an gesteuert, wodurch die Laufzeitdifferenzen ausge glichen werden.Since the sensors 10 , 13 are located in the bends 9 b of the front of the bumper 9 , there is a somewhat longer path for the sound waves and there with time differences to the sensors 11 and 12. Therefore, these sensors 10 , 13 are controlled with a time delay, whereby the maturity differences are compensated.

Die Ansteuerung der Sensoren 10, 11, 12, 13 erfolgt durch eine Aufmerksamkeitssteuerung. Die Funktions weise ist in Fig. 2 dargestellt. Zunächst ist für die Sensoren 10, 11, 12, 13 die Funktion Einpark hilfe aktiv. Diese Funktion bleibt auch aktiv, so lange sich das Kraftfahrzeug 1 bewegt. Die Steue rung fragt regelmäßig die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 ab. Sobald diese gleich Null ist, das Kraftfahrzeug 1 also steht, wird zunächst festgestellt, ob ein einzelner Sensor oder die kor relierte Ansteuerung mehrerer Sensoren ein Hinder nis mißt. Ist beides nicht der Fall, bleibt die Funktion Einparkhilfe aktiv.The control of the sensors 10 , 11 , 12 , 13 is carried out by an attention control. The function is shown in Fig. 2. First, the parking aid function is active for sensors 10 , 11 , 12 , 13 . This function remains active as long as the motor vehicle 1 is moving. The controller regularly queries the current speed of motor vehicle 1 . As soon as this is zero, ie the motor vehicle 1 is stationary, it is first determined whether a single sensor or the controlled actuation of a plurality of sensors measures an obstacle. If neither is the case, the parking aid function remains active.

Sobald ein Hindernis detektiert wird, z. B. der rückwärtige Stoßfänger 3' eines vor dem Kraftfahr zeug 1 befindlichen Kraftfahrzeugs 1', wird die Aufmerksamkeitssteuerung aktiviert. Dabei ist im Kraftfahrzeug 1 eine Funktionsanzeige, z. B. ein Lämpchen, vorgesehen, das sich in diesem Moment einschaltet und die Aktivität der Aufmerksamkeits steuerung anzeigt. As soon as an obstacle is detected, e.g. For example, the rear bumper 3 'of a front of the driving force generating motor vehicle 1 located 1', the attention control is activated. Here is a function display in the motor vehicle 1 , for. B. a lamp is provided, which turns on at this moment and displays the activity of the attention control.

Diese Funktion kann auch manuell eingeschaltet wer den, wobei es von Vorteil ist, daß ein Warnton aus gegeben wird, wenn kein Hindernis detektiert werden kann, also wenn eigentlich die Einparkhilfe-Funk tion aktiv sein sollte.This function can also be switched on manually the, where it is advantageous that a warning sound is given if no obstacle is detected can, so if actually the parking aid radio tion should be active.

Wenn die Funktion Aufmerksamkeitssteuerung akti viert ist, wird zunächst regelmäßig abgefragt, ob das detektierte Hindernis in konstantem Abstand bleibt. Das ist z. B. der Fall, wenn das Fahrzeug geparkt ist oder in einem Stau steht. Sobald fest gestellt wird, daß das Hindernis nicht mehr in kon stantem Abstand zum Kraftfahrzeug 1 steht, wird nochmals die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 abgefragt. Ist das Kraftfahrzeug 1 in Bewegung, seine Geschwindigkeit also nicht gleich Null, wird wieder die Funktion Einparkhilfe aktiviert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Kraftfahr zeug 1 aus einer Parklücke rangiert wird.If the attention control function is activated, you are first regularly asked whether the detected obstacle remains at a constant distance. That is e.g. B. the case when the vehicle is parked or in a traffic jam. As soon as it is established that the obstacle is no longer at a constant distance from the motor vehicle 1 , the speed of the motor vehicle 1 is queried again. If the motor vehicle 1 is in motion, ie its speed is not zero, the parking aid function is activated again. This is particularly the case when the motor vehicle 1 is maneuvered out of a parking space.

Wenn die Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 aber gleich Null ist, sind kumulativ zwei Bedingungen erfüllt, nämlich daß das Kraftfahrzeug 1 steht, aber das de tektierte Hindernis sich bewegt. Dann wird ein Warnton aktiviert, der den Fahrer darauf aufmerksam machen soll, daß der Vordermann nunmehr angefahren ist. Sobald der Warnton aktiviert wird, wird an schließend die Funktion Einparkhilfe geschaltet.If the movement of the motor vehicle 1 is equal to zero, two conditions are met cumulatively, namely that the motor vehicle 1 is stationary but the detected obstacle is moving. A warning tone is then activated to alert the driver that the vehicle in front has now been approached. As soon as the warning tone is activated, the parking aid function is activated.

Claims

1. A method for increasing the range of sensors for distance measurement on the basis of ultrasound, in particular distance sensors for motor vehicles, sound waves being emitted by at least two sensors and sound waves reflected by an obstacle, and the distance from the period between emission and detection is calculated between the obstacle and the sensors, characterized in that sensors are used which operate on the same transmission frequency and have identical transient response, that the sensors are arranged so that their radiation lobes overlap at least partially and that the at least two sensors are phase-correlated can be controlled.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the sensors are controlled in parallel the.

3. Method according to one of the preceding claims che, characterized in that the individual Sensors to compensate for runtime differences which are controlled with a time delay.

4. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the detection of the reflected sound waves at least one Sensor is queried.

5. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that a warning tone is sent out as soon as the person in front is on moves.

6. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the operating state by means of an optical signal, esp a lamp or an icon becomes.

7. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that already before existing parking aid sensors (PTS-Senso ren) with an additional attention control for phase-correlated control be provided.

8. The method according to claim 7, characterized in net that attention control manually can be activated.

9. The method according to claim 8, characterized in net that when manually activating the note a warning tone is emitted, if no obstacle can be detected.

10. Use of the method according to one of the An sayings 1 to 9 in motor vehicles for detection tion of the vehicle in front stopping the traffic.