DE19963755A1 - Abstandssensorvorrichtung - Google Patents

Abstandssensorvorrichtung

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Abstandssensorvorrichtung, insbesondere als Bestandteil einer Einparkhilfe oder Rückfahrhilfe für ein Kraftfahrzeug, mit einem oder mehreren Abstandssensoren (US, muW) und einer Abstandssensor-Steuereinrichtung (US-SG) zum Ansteuern des oder der Abstandssensoren (US, muW) über eine jeweilige Signalleitung mittels eines vorzugsweise quasidigitalen zeitanalogen Ansteuerimpulses. Mindestens einer der Abstandssensoren (US, muW) weist zwei verschiedene Arbeitsmodi auf. Durch eine Variation der Zeitdauer und/oder Amplitude des Ansteuerimpulses von der Abstandssensor-Steuereinrichtung (US-SG) ist eine Umschaltung zwischen den Arbeitsmodi durchführbar.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandssensorvor­ richtung, insbesondere als Bestandteil einer Einparkhilfe oder Rückfahrhilfe für ein Kraftfahrzeug, mit einem oder mehreren Abstandssensoren und einer Abstandssensor-Steuer­ einrichtung zum Ansteuern des oder der Abstandssensoren über eine jeweilige Signalleitung mittels eines vorzugsweise quasidigitalen zeitanalogen Ansteuerimpulses.
Obwohl auf beliebige Abstandssensorvorrichtungen anwendbar, wie z. B. Abstandssensorvorrichtungen für Schiffe, Flugzeuge usw., werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf eine Abstandssen­ sorvorrichtung als Bestandteil einer Einparkhilfe oder Rückfahrhilfe für ein Kraftfahrzeug erläutert.
Allgemein bekannt sind die Kraftfahrzeugausstattungsproduk­ te Einpark- und Rückfahrhilfe. Diese Produkte bestehen aus einer Anzahl von bis zu 10 Ultraschallsensoren, einem zuge­ hörigen Steuergerät und einem oder mehreren akustischen oder optoakustischen Warnelementen für den Fahrer.
Fig. 5 illustriert eine bekannte Ultraschall-Abstands­ sensorvorrichtung für eine Rückfahrhilfe mit vier Ultra­ schallsensoren US und einem Steuergerät US-SG. Vom Steuer­ gerät US-SG laufen vier Signalleitungen sowie eine Span­ nungsversorgungsleitung und eine Masseleitung zu einem Ver­ teiler V. Vom Verteiler V laufen jeweils eine Signalleitung sowie die Spannungsversorgungsleitung und die Masseleitung zum jeweiligen Ultraschallsensor US.
Die Ansteuerung der Ultraschallsensoren US über die jewei­ ligen Signalleitungen erfolgt über eine jeweilige bidirek­ tionale Open-Collektor-Schnittstelle. Die Übertragung er­ folgt von Seiten der betrachteten Amplitude quasidigital, aber zeitanalog.
Fig. 6 zeigt einen intern im Steuergerät erzeugten Ansteu­ erimpuls für einen Ultraschallsensor US der bekannten Ul­ traschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5. Auf der x- Achse ist die Zeit t aufgetragen und auf der y-Achse die Spannungsamplitude U.
Die Dauer dieses Ansteuerimpulses, der den Meßablauf im Ultraschallsensor US auslöst, beträgt t1 - t0 (typischer­ weise 300 µs). Mit Beginn der Zeit t0 beginnt der Ultra­ schallsensor US also mit der Aussendung seines Ultraschall­ impulses.
Fig. 7 zeigt die intern im Ultraschallsensor US erzeugte Signalantwort für einen Ultraschallsensor US der bekannten Ultraschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen und auf der y-Achse die Spannungsamplitude U.
Ein nicht dargestellter Komparator untersucht die Signal­ spannung vom Ultraschallwandler hinsichtlich einer ausrei­ chend hohen Empfangsamplitude, und nur ab einer bestimmten Mindestamplitude wird die Spannung als Detektion eines Ob­ jektes gewertet, um Rauscheffekte oder Störeffekte auszu­ blenden.
Die Zeit zwischen t2 und t3 zeigt das mechanische Schwingen der Sensormembran infolge der Ansteuerung an. Die Zeit zwi­ schen t4 und t5 weist die von einem Objekt reflektierte und detektierte Ultraschallenergie aus.
Fig. 8 zeigt die Signale auf der Datenleitung zwischen Steuergerät US-SG und Ultraschallsensor US insgesamt für die bekannte Ultraschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen und auf der y-Achse die Spannungsamplitude U.
Der zeitliche Abstand zwischen t0 und t4 repräsentiert die Entfernung s zwischen dem reflektierenden Objekt und dem Ultraschallsensor US, die im Steuergerät US-SG ermittelt wird. Es gilt:
s = cs.te/2 (1)
mit
te = t4 - t0 (2)
wobei cs die Schallgeschwindigkeit in Luft ist.
Bedauerlicherweise ist der Meßbereich der derzeit am Markt verfügbaren Ultraschallsensoren auf ca. 2 m begrenzt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht daher allgemein darin, eine flexiblere Abstandssen­ sorvorrichtung zu schaffen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Abstandssensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lö­ sungsansätzen den Vorteil auf, daß sie eine zum bekannten Ultraschallsensor funktions- und schnittstellenkompatible Abstandssensorvorrichtung und die entsprechende anforde­ rungsspezifische Funktionssteuerung für eine erweiterte Funktionalität über die Sende-/Empfangsleitung durch das Steuergerät schafft.
Die Funktions- und Schnittstellengleichheit des Mikrowel­ lensensors zu den bekannten Ultraschallsensoren hat den Vorteil, daß das Steuergerät und die Software für die Ein­ park- und Rückfahrhilfe unverändert auch mit Mikrowellen­ sensoren für die derzeitige Funktionalität einzusetzen ist.
Weitere Vorteile sind die Möglichkeit der Mischung von Sen­ soren mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften oder Sensorprinzipien und die mögliche Baugleichheit des Mikrowellensensors für unterschiedliche Anwendungen mit un­ terschiedlichen Stückzahlanforderungen.
Eine Meßbereichs- und Meßartumschaltung durch ein Steuerge­ rät für die Anforderungen unterschiedlicher Funktionalitä­ ten ist möglich.
Eine Filterung der Meßwerte bei Einsatz eines Mikrocontrol­ lers im Sensor kann durchgeführt werden sowie eine Eigendi­ agnose des Steuergeräts und Ferndiagnose der Sensoren.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be­ steht darin, daß mindestens einer der Abstandssensoren zwei verschiedene Arbeitsmodi aufweist und durch eine Variation der Zeitdauer und/oder Amplitude des Ansteuerimpulses von der Abstandssensor-Steuereinrichtung eine Umschaltung zwi­ schen den Arbeitsmodi durchführbar ist.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil­ dungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Ab­ standssensorvorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Abstands­ sensoren mehrere Ultraschallsensoren und mehrere Mikrowel­ lensensoren aufweisen, wobei vorzugsweise die Ultraschall­ sensoren einen Arbeitsmodus und die Mikrowellensensoren mehrere Arbeitsmodi aufweisen. Dies entspricht einer Erwei­ terung der bekannten Ultraschallsensorvorrichtung auf Mi­ krowellensensoren, wobei letztere sich besonders für eine Modusumschaltung eignen. So ist also ein Mikrowellensensor mit einer funktionskompatiblen Ultraschallsensorschnitt­ stelle und einer Umschaltmöglichkeit für verschiedene An­ forderungen realisierbar. Hierdurch können im Mikrowellen­ sensor die Anforderungen für beispielsweise schnellere Meß­ zyklen, höhere Reichweiten, Überwachung eines Entfernungs­ abschnittes, Ermittlung der Relativgeschwindigkeit, Daten­ übertragung oder starke EMV - Einstrahlung (EMV = elektro­ magnetische Verträglichkeit) durch die Steuereinrichtung umgeschaltet werden. Die hardwaremäßige Schnittstelle zur Nachbildung eines Ultraschallsensors für ein Ultra­ schallsteuergerät kann unverändert bleiben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen der Abstandssensor-Steuereinrichtung und dem jeweiligen Ab­ standssensor eine bidirektionale Open-Kollektor-Schnitt­ stelle vorgesehen. Dies ist eine geeignete, robuste und von den Ultraschallsensor-Steuergeräten bekannte Schnittstelle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfassen die verschiedenen Arbeitsmodi Meßbereichsmodi und/oder Signal­ übertragungsmodi und/oder Testmodi und/oder Servicemodi zum Einstellen/Kalibrieren des Sensors.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfassen die Arbeitsmodi einen digitalen Signalübertragungsmodus. So läßt sich eine Umschaltung der zeitanalogen, vorzugsweise quasidigitalen Schnittstelle in eine bidirektionale digita­ le Schnittstelle mit festem Datenformat und festgelegtem Protokoll durch einen Ansteuerimpuls vom Steuergerät reali­ sieren. Insbesondere der Aufbau einer Datenübertragungs­ schnittstelle niedriger Übertragungsraten mit dem Sensor ist von Vorteil.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Ab­ standssensor-Steuereinrichtung ein für alle Abstandssenso­ ren gemeinsames Steuergerät, welches über eine einzige Sig­ nalleitung mit einem jeweiligen Abstandssensor verbunden ist. So kann das bekannte Ultraschallsensor-Steuergerät für die erfindungsgemäße erweiterte Funktionalität verwendet werden.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandssensorvorrichtung unter Nutzung von Mik­ rowellensensoren mit dem bisherigen Ultraschall­ sensor-Steuergerät von Einparkhilfe- und Rück­ fahrhilfeanwendungen;
Fig. 2 intern im Steuergerät erzeugte Ansteuerimpulse für einen Mikrowellensensor für die Abstandssen­ sorvorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandssensorvorrichtung unter Nutzung von Mi­ krowellen- und Ultraschallsensoren mit dem bishe­ rigen Ultraschallsensor-Steuergerät von Einpark­ hilfe- und Rückfahrhilfeanwendungen in gemischter Sensorbestückung;
Fig. 4 intern im Steuergerät erzeugte Ansteuerimpulse für einen Mikrowellensensor für die Abstandssen­ sorvorrichtung nach Fig. 3;
Fig. 5 eine bekannte Ultraschall-Abstandssensorvorrich­ tung für eine Rückfahrhilfe mit vier Ultraschall­ sensoren und einem Steuergerät;
Fig. 6 einen intern im Steuergerät erzeugten Ansteuerim­ puls für einen Ultraschallsensor für die bekannte Ultraschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5;
Fig. 7 die intern im Ultraschallsensor US erzeugte Sig­ nalantwort für einen Ultraschallsensor US der be­ kannten Ultraschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5. und
Fig. 8 die Signale auf der Datenleitung zwischen Steuer­ gerät und Ultraschallsensor insgesamt für die be­ kannte Ultraschall-Abstandssensorvorrichtung nach Fig. 5.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Abstandssensorvorrichtung unter Nutzung von vier Mikro­ wellensensoren µW mit dem bisherigen Ultraschallsensor- Steuergerät US-SG von Einparkhilfe- und Rückfahrhilfeanwen­ dungen.
Vom Steuergerät US-SG laufen vier Signalleitungen sowie ei­ ne Spannungsversorgungsleitung und eine Masseleitung zu ei­ nem Verteiler V. Vom Verteiler V laufen jeweils eine Sig­ nalleitung sowie die Spannungsversorgungsleitung und die Masseleitung zum jeweiligen Mikrowellensensor µW.
Die Ansteuerung der Mikrowellensensoren µW über die jewei­ ligen Signalleitungen erfolgt für jeden Sensor über eine bidirektionale einadrige Open-Kollektor-Leitung. Die Über­ tragung erfolgt von Seiten der betrachteten Amplitude qua­ sidigital, aber zeitanalog.
Eine im jeweiligen Mikrowellensensor µW eingebaute Ab­ laufsteuerung oder der sich im jeweiligen Mikrowellensensor µW befindende Mikrocontroller überprüft den vom Steuergerät US-SG abgegebenen Ansteuerimpuls der Anforderung auf der Sende-/Empfangsleitung bzw. Signalleitung. Solch eine An­ forderung könnte auch eine Anforderung zur Kalibrierung, Darstellung eingestellter Parameter oder zum Reset sein.
Hat er die Form und Dauer des Ansteuerimpulses eines Steu­ ergerätes für Ultraschallsensoren, so bildet er die Schnittstelle für Ultraschallsensoren nach. Der Sensor startet die Entfernungsmessung und simuliert das typische Nachschwingen des Ultraschallsensors auf der Sende-/Emp­ fangsleitung. Ist ein Objekt im Meßbereich, so wird die Zeit t4 aus der gemessenen Entfernung und der Festlegung, t0 = 0 = Beginn der Meßanforderung, nach den obigen Formeln (1) und (2) berechnet. Zum Zeitpunkt t4 wird die Sende-/ Empfangsleitung vom Sensor für eine vorher eingestellte Dauer, die ein sicheres Detektieren des Empfangssignals durch das Ultraschallsteuergerät ermöglicht, auf Low bzw. auf Erkennung eines Hindernisses geschaltet. Werden im De­ tektionsbereich mehrere Hindernisse in unterschiedlichen Entfernungen detektiert, so wird die Entfernungsberechnung und Hindernisübertragung mehrfach nach dem eingangs darge­ stellten Schema durchgeführt.
Fig. 2 zeigt intern im Steuergerät erzeugte Ansteuerimpulse für einen Mikrowellensensor für die Abstandssensorvorrich­ tung nach Fig. 1.
Die Umschaltung des Schnittstelleneigenschaften zur Unter­ stützung unterschiedlicher Funktionalitäten der Mikrowel­ lensensoren µW erfolgt nun durch Verringerung bzw. Variati­ on der zeitlichen Dauer des Ansteuerimpulses.
Besonders zweckmäßig haben sich dabei zwei Grundmechanismen herausgebildet.
Der erste Grundmechanismus ist eine Veränderung der Ansteu­ erdauer bei Beibehaltung des oben aufgeführten Meßdaten­ übertragungsprinzips.
Als Beispiel soll hier die Umschaltung der Mikrowellensen­ soren µW auf einen Meßbereich von 0,2 m bis 7 m mit einer Meßdauer von 10 ms je Meßbereichszyklus durch eine Ansteu­ erdauer von 200 µs entsprechend (t1''' - t0') in Fig. 2 oder die Umschaltung in einen Meßbereich von 0,2 m bis 1,5 m mit einer Meßbereichszyklenzeit von 2 ms bei einer Ansteuerdau­ er von 100 µs entsprechend (t1" - t0') in Fig. 2 genannt werden. (t1"" - t0') in Fig. 2 bezeichnet zusätzlich einen Meßzyklus zur Ultraschallsimulation entsprechend 300 µs im Bereich 0,2 bis 2 m.
Der zweite Grundmechanismus ist die Umschaltung der zeit­ analogen, quasidigitalen Schnittstelle in eine bidirektio­ nale digitale Schnittstelle mit festem Datenformat und festgelegtem Protokoll durch einen Ansteuerimpuls vom Steu­ ergerät US-SG. Dieser Ansteuerimpuls ist kürzer als die für die funktionale Umschaltung mit zeitanalogem Meßdaten­ übertragungsprinzip verwendeten Ansteuerimpulsen. Vorteil­ haft hat sich eine Dauer von 52 µs entsprechend (t1' - t0') in Fig. 2 herausgebildet, was einer Datenübertragungsrate von 19200 BAUD entspricht.
Im festgelegten Datenformat und Protokoll wird eine Anfor­ derung durch das Steuergerät US-SG mit einem Befehlswort oder einem Befehlswort und Datenwörtern ausgelöst, worauf der Mikrowellensensor µW mit einer Quittierung oder einer Quittierung mit Datenwörtern antworten muß. Beim Reset wird allerdings ausnahmsweise keine Quittierung vorgesehen sein.
Das Steuergerät US-SG kann nach jedem Zyklus (z. B. Befehls­ wort vom Steuergerät, Quittierung mit Datenwörtern vom Sen­ sor usw.) den Mikrowellensensor µW durch Veränderung der Ansteuerdauer in eine andere Funktionalität umschalten.
Die Befehlworte oder die Befehlsworte mit Datenwörtern vom Steuergerät können z. B. folgende Inhalte haben:
  • - Sensormodeauswahl
  • - Meßaufforderung
  • - Meßarteinstellung (Entfernung durch Puls - Echo - Be­ trieb oder Geschwindigkeit mittels Dopplersignalauswer­ tung)
  • - Meßbereichseinstellung
  • - Diagnoseaufforderung
  • - Zeitabgleich für Triangulation und permanenten Empfang
  • - reiner permanenter Empfang
  • - Sendung einer Impulsfolge
  • - Kalibrierung
  • - Reset
Die Quittierung oder die Quittierung mit Datenwörtern vom Mikrowellensensor µW können z. B. folgende Inhalte haben:
  • - Sensorkennung, Anzahl der Datenwörter und Entfernung zu den nächsten Hindernissen
  • - Sensorkennung, Anzahl der Datenwörter, Entfernung und Geschwindigkeit der nächsten Hindernisse
  • - Sensorkennung und Ergebnis Sensordiagnose
  • - Sensorkennung und Umschaltung auf Empfangsmodus
  • - Sensorkennung und Datenwort einer Impulsfolge
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Abstandssensorvorrichtung unter Nutzung von Mikrowel­ len- und Ultraschallsensoren mit dem bisherigen Ultra­ schallsensor-Steuergerät von Einparkhilfe- und Rückfahrhil­ feanwendungen in gemischter Sensorbestückung.
Hier werden unterschiedliche Ansteuerimpulslängen von den unterschiedlichen Sensoren unterschiedlich interpretiert.
Fig. 4 zeigt beispielhaft intern im Steuergerät erzeugte Ansteuerimpulse für einen Mikrowellensensor für die Ab­ standssensorvorrichtung nach Fig. 3.
Die Dauer eines Ansteuerimpulses, der den Meßablauf im Ult­ raschallsensor US in einem Meßbereich von 0,2 m bis 2 m auslöst, beträgt t1** - t0*.
Die Dauer eines Ansteuerimpulses, der den Meßablauf im Mik­ rowellensensor µW in einem Meßbereich von 0,2 m bis 1,5 m auslöst, beträgt (t1*- t0*).
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizier­ bar.
Wird der Sensor vom Steuergerät immer mit seiner Schnitt­ stelle im bidirektionalen digitalen Modus gefahren, so sind mehrere Sensoren an einer Sende-/Empfangsleitung an­ schließbar. In diesem Fall muß immer innerhalb der Quittie­ rung eine eindeutige Sensorkennung enthalten sein. Auf eine Sensorkennung kann bei einer Punkt zu Punkt-Verbindung Sensor <-< Steuergerät verzichtet werden.
Ebenfalls kann man sich eine Mischung unterschiedlicher Mo­ di für die Mikrowellensensoren (einzeln und nach Vorgabe durch das Steuergerät) vorstellen.
Auch ist die Erfindung nicht auf Ultraschall- und Mikrowel­ lensensoren beschränkt, sondern auf beliebige Sensoren an­ wendbar.

Claims (6)

1. Abstandssensorvorrichtung, insbesondere als Bestand­ teil einer Einparkhilfe oder Rückfahrhilfe für ein Kraft­ fahrzeug, mit:
einem oder mehreren Abstandssensoren (US, µW); und
einer Abstandssensor-Steuereinrichtung (US-SG) zum Ansteu­ ern des oder der Abstandssensoren (US, µS) über eine jewei­ lige Signalleitung mittels eines vorzugsweise quasidigita­ len zeitanalogen Ansteuerimpulses;
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer der Abstandssensoren (US, µW) zwei oder mehr verschiedene Arbeitsmodi aufweist; und
durch eine Variation der Zeitdauer und/oder Amplitude des Ansteuerimpulses von der Abstandssensor-Steuereinrichtung (US-SG) eine Umschaltung zwischen den Arbeitsmodi durch­ führbar ist.
2. Abstandssensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abstandssensoren (US, µW) mehrere Ultraschallsensoren (US) und mehrere Mikrowellensensoren (µW) aufweisen, wobei vorzugsweise die Ultraschallsensoren (US) einen Arbeitsmodus und die Mikrowellensensoren (µW) mehrere Arbeitsmodi aufweisen.
3. Abstandssensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Abstandssensor- Steuereinrichtung (US-SG) und dem jeweiligen Abstandssensor (US, µW) eine bidirektionale Open-Kollektor-Schnittstelle vorgesehen ist.
4. Abstandssensorvorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiede­ nen Arbeitsmodi umfassen: Meßbereichsmodi und/oder Signal­ übertragungsmodi und/oder Testmodi und/oder Servicemodi zum Einstellen/Kalibrieren des Sensors.
5. Abstandssensorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsmodi einen digitalen Signal­ übertragungsmodus umfassen.
6. Abstandssensorvorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssen­ sor-Steuereinrichtung (US-SG) ein für alle Abstandssensoren (US, µW) gemeinsames Steuergerät ist, welches über eine einzige Signalleitung mit einem jeweiligen Abstandssensor (US, µW) verbunden ist.
DE19963755A 1999-12-30 1999-12-30 Abstandssensorvorrichtung Withdrawn DE19963755A1 (de)

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