DE4120397A1 - Contactless ultrasonic rangefinder esp. for vehicles in traffic - applies correction for temp. deduced from measurement of ultrasonic propagation time over distance between two transducers - Google Patents

Contactless ultrasonic rangefinder esp. for vehicles in traffic - applies correction for temp. deduced from measurement of ultrasonic propagation time over distance between two transducers

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Abstract

Two ultrasonic transducers (a. b) from a reflecting object (2) are measured from the ultrasonic propagation times. A programmed microprocessor times the transmission and reception of signals. The calculated distances are corrected for air temp. from a knowledge of the spacing (x) between the transducers (S1, S2). This may be obtd. from a calibration operation carried out at a defined distance from a wall. ADVANTAGE - Air temp. around vehicle can be measured and range measurement is independent of it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung und eine Einrichtung zur Messung der Temperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a device for contactless Distance measurement and a device for measuring the Temperature in the vicinity of a motor vehicle.

Insbesondere als Kollisionswarneinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind Einrichtungen zur berührungslosen Abstandsmessung bekannt, die mit Hilfe von Ultraschallsensoren den Abstand zu anderen Gegenständen ermitteln. Bei Unterschreiten eines vorgebenen Mindestabstands wird ein Warnsignal für den Fahrer abgegeben.In particular as collision warning devices for Motor vehicles are non-contact devices Distance measurement known, with the help of Ultrasonic sensors the distance to other objects determine. When falling below a specified one The minimum distance is a warning signal for the driver submitted.

Bei diesen bekannten Kollisionswarneinrichtungen wird von Ultraschallsensoren, die sowohl als Sender als auch als Empfänger ausgebildet sind, ein kurzes Ultraschallsignal ausgesendet, das bei Vorhandensein eines Hindernisses an diesem reflektiert und vom Ultraschallsensor empfangen wird. Aus der Laufzeit wird die Entfernung zwischen dem Ultraschallsensor und dem reflektierenden Hindernis berechnet. Da jedoch die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist, ist auch das Meßergebnis temperaturabhängig und somit ungenau.In these known collision warning devices Ultrasonic sensors, both as transmitters and as Receiver are formed, a short ultrasonic signal sent out in the presence of an obstacle reflected and received by the ultrasonic sensor. The distance between the Ultrasonic sensor and the reflective obstacle calculated. However, since the speed of sound is temperature-dependent, so is the measurement result  temperature-dependent and therefore inaccurate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, anzugeben, bei welcher eine Temperaturabhängigkeit weitgehend vermieden wird. Eine andere Aufgabe besteht darin, die Lufttemperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs zu messen.The object of the present invention is a device for non-contact distance measurement, especially for Motor vehicles, to indicate which one Temperature dependence is largely avoided. A other job is to control the air temperature in the To measure the surroundings of a motor vehicle.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine einfache Temperaturkompensation möglich ist, ohne daß mechanisch aufwendige und störanfällige Temperatursensoren erforderlich sind. So werden beispielsweise außen am Fahrzeug angebrachte Temperatursensoren durch Wind, Spritzwasser und andere Umwelteinflüsse gestört.The device according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that a simple temperature compensation is possible without mechanically complex and fault-prone temperature sensors required are. For example, on the outside Vehicle-mounted temperature sensors due to wind, Splash water and other environmental influences disturbed.

Eine andere erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 ermöglicht in einfacher Weise eine Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, ohne daß die Messung durch auf den Sensor selbst einwirkende Temperatureinflüsse verfälscht wird. Letzteres ist insbesondere bei häufig verwendeten Außentemperatur-Sensoren der Fall, die innerhalb des Kraftfahrzeugs im vorderen Stoßstangenbereich der Wärme des Motors ausgesetzt sind.Another device according to the invention with the features of claim 5 allows a simple Measurement of the air temperature in the vicinity of the Motor vehicle without the measurement by on the sensor even influences of temperature are falsified. The latter is particularly common in frequently used Outside temperature sensors the case that inside the Motor vehicle in the front bumper area of the heat of the Motors are exposed.

Außer einem oder zwei Ultraschallsensoren wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung lediglich eine Einrichtung zur Auswertung der Laufzeiten benötigt, die im wesentlichen durch einen Mikroprozessor oder einen Signalprozessor mit einem entsprechenden Programm gebildet werden kann. In addition to one or two ultrasonic sensors, the device according to the invention for contactless Distance measurement is only a device for evaluation of terms that are essentially required by a Microprocessor or a signal processor with a appropriate program can be formed.  

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified invention possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are in the drawing represented with several figures and in the following Description explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ultraschallsensoren, welche am Heck eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, und eines Hindernisses, Fig. 1 is a schematic representation of the ultrasonic sensors, which are arranged at the rear of a motor vehicle and an obstacle,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 is a block diagram of a device according to the invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Eichung einer erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 3 is a schematic representation for calibration of a device according to the invention and

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Fahrzeugs. Fig. 4 shows an inventive device for measuring the air temperature in the vicinity of the vehicle.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical parts are given the same reference symbols in the figures Mistake.

Am Heck 1 eines Kraftfahrzeugs, das in Fig. 1 lediglich angedeutet ist, sind im Abstand x zwei Ultraschallsensoren S1 und S2 angeordnet, deren Abstrahl- und Empfangscharakteristik im wesentlichen ungebündelt ist, so daß alle Hindernisse, die im Nahbereich hinter dem Kraftfahrzeug auftreten, erfaßt werden können und außerdem Ultraschallsignale zwischen den Ultraschallsensoren übertragen werden. Vom Ultraschallsensor S1 wird ein Ultraschallsignal ausgesendet. Danach werden von beiden Ultraschallsensoren S1 und S2 an einem Hindernis 2 reflektierte Signale empfangen. Aus der Laufzeit des vom Ultraschallsensor S1 empfangenen Signals kann in an sich bekannter Weise die Entfernung a zwischen dem Ultraschallsensor S1 und dem Hindernis 2 berechnet werden. Die Laufzeit des vom Ultraschallsensor S2 empfangenen Signals entspricht der Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen Ultraschallsensor S1, dem Hindernis 2 und dem Ultraschallsensor S2 und gestattet die Berechnung der Entfernung a+b. Einzelheiten einer vorteilhaften Auswertung beider Messungen sind in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE-P 40 23 538.6 der Anmelderin angegeben.At the rear 1 of a motor vehicle, which is only hinted at in FIG. 1, two ultrasonic sensors S 1 and S 2 are arranged at a distance x, the radiation and reception characteristics of which are essentially unbundled, so that all obstacles that occur in the vicinity of the motor vehicle , can be detected and also ultrasound signals are transmitted between the ultrasound sensors. An ultrasonic signal is emitted by the ultrasonic sensor S 1 . Thereafter, signals reflected from an obstacle 2 are received by both ultrasonic sensors S 1 and S 2 . The distance a between the ultrasonic sensor S 1 and the obstacle 2 can be calculated in a manner known per se from the transit time of the signal received by the ultrasonic sensor S 1 . The transit time of the signal received by the ultrasonic sensor S 2 corresponds to the transit time of the ultrasonic signal between the ultrasonic sensor S 1 , the obstacle 2 and the ultrasonic sensor S 2 and allows the calculation of the distance a + b. Details of an advantageous evaluation of both measurements are given in the applicant's unpublished patent application DE-P 40 23 538.6.

Bevor auf erfindungsgemäße Maßnahmen im einzelnen eingegangen wird, erfolgt eine kurze Beschreibung einer erfindungsgemäßen Einrichtung anhand von Fig. 2, welche ein stark vereinfachtes Blockschaltbild darstellt. Die Ultraschallsensoren S1, S2 sind mit einem Prozessor 3 verbunden, an den wiederum eine Anzeigeeinrichtung 4 angeschlossen ist. Der Prozessor besteht im wesentlichen aus einem Mikroprozessor oder einem Signalprozessor mit einem geeigneten Programm. Durch ihn erfolgt außer der Auswertung der Laufzeiten auch die Steuerung der zeitlichen Abfolge etwa in dem Sinn, daß zunächst der Ultraschallsensor S1 ein Ultraschallsignal sendet, der dann wie auch der Ultraschallsensor S2 empfangsbereit geschaltet wird, daß durch Zählung von Zeiteinheiten die Laufzeiten zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Eintreffen der reflektierten Ultraschallsignale an den Ultraschallsensoren S1, S2 erfaßt werden. Danach wird ein Ultraschallsignal vom Ultraschallsensor 82 ausgesandt, worauf die Laufzeiten bis zum Eintreffen der reflektierten Ultraschallsignale bei den Ultraschallsensoren S1, S2 wiederum bestimmt werden.Before the measures according to the invention are dealt with in detail, a brief description of a device according to the invention is given with reference to FIG. 2, which represents a greatly simplified block diagram. The ultrasonic sensors S 1 , S 2 are connected to a processor 3 , to which a display device 4 is in turn connected. The processor essentially consists of a microprocessor or a signal processor with a suitable program. In addition to the evaluation of the transit times, it also controls the chronological sequence, for example in the sense that the ultrasound sensor S 1 first sends an ultrasound signal, which then, like the ultrasound sensor S 2 , is switched to ready to receive, so that the transit times between the Emission of the ultrasound signal and the arrival of the reflected ultrasound signals at the ultrasound sensors S 1 , S 2 can be detected. An ultrasonic signal is then emitted by the ultrasonic sensor 82 , whereupon the transit times until the reflected ultrasonic signals arrive at the ultrasonic sensors S 1 , S 2 .

Für die Schallgeschwindigkeit gilt:The following applies to the speed of sound:

c = c₀ · (T/T₀)1/2 = c₀ · k,c = c₀ · (T / T₀) 1/2 = c₀ · k,

wobei c₀ die Schallgeschwindigkeit bei T₀=273 K, T die jeweils herrschende Temperatur und k=(T/T₀)1/2 der erforderliche Korrekturwert ist. Zur Abstandsberechnung wird die gemessene Laufzeit in eine Strecke durch die Gleichung s=c·t=c0·t·k umgerechnet.where c₀ is the speed of sound at T₀ = 273 K, T is the prevailing temperature and k = (T / T₀) 1/2 is the required correction value. To calculate the distance, the measured transit time is converted into a distance using the equation s = c · t = c 0 · t · k.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird außer den Laufzeiten des vom Hindernis reflektierten Ultraschallsignals auch die Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen den Sensoren S1 und S2 gemessen. Ist deren Abstand x bekannt, so kann aufgrund dieser Messung der Korrekturwert k=tx0/tx berechnet werden, wobei tx0 diejenige Zeit ist, welche ein Ultraschallsignal zwischen den Sensoren bei einer Temperatur von T0=273 K benötigt. In dem Prozessor 3 wird dann beispielsweise der Abstand a=c0·ta·(tx0/tx)/2 berechnet, wobei ta die Laufzeit des am Hindernis 2 reflektierten Signals vom Sensor S1 ist.In the device according to the invention, in addition to the transit times of the ultrasound signal reflected by the obstacle, the transit time of the ultrasound signal between the sensors S 1 and S 2 is also measured. If their distance x is known, the correction value k = t x0 / t x can be calculated on the basis of this measurement, where t x0 is the time which an ultrasonic signal between the sensors requires at a temperature of T 0 = 273 K. In processor 3 , for example, the distance a = c 0 · t a · (t x0 / t x ) / 2 is then calculated, where t a is the transit time of the signal from sensor S 1 reflected at obstacle 2 .

Beim nachträglichen Einbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung kann es vorkommen, daß der Abstand x zwischen den Sensoren nicht einem vorgegebenen bzw. einem vorgeschriebenen Abstand entspricht. Bei dem anhand von Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel ist daher im Prozessor 3 (Fig. 2) eine Kalibrierbetriebsart vorgesehen, die eine Bestimmung der Strecke x in einfacher Weise ermöglicht. Dazu wird das Fahrzeug in einem definierten Abstand a vor eine Wand 5 gestellt. In der Kalibrierbetriebsart wird die Laufzeit des Ultraschallsignals für die Strecke a gemessen und daraus die Geschwindigkeit c=2a/ta berechnet. Außerdem wird die Laufzeit tx zwischen dem Sensor S1 und dem Sensor S2 gemessen. Daraus kann wiederum die Strecke x=c·tx berechnet werden. Dieser Wert oder ein daraus berechneter Wert tx0=x/c0 wird abgespeichert und den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Berechnungen zugrundegelegt.When a device according to the invention is retrofitted, it can happen that the distance x between the sensors does not correspond to a predetermined or a prescribed distance. In the exemplary embodiment explained with reference to FIG. 3, a calibration operating mode is therefore provided in the processor 3 ( FIG. 2), which enables the distance x to be determined in a simple manner. For this purpose, the vehicle is placed in front of a wall 5 at a defined distance a. In the calibration mode, the transit time of the ultrasonic signal is measured for the distance a and the speed c = 2a / t a is calculated from this. In addition, the transit time t x between the sensor S 1 and the sensor S 2 is measured. The distance x = c · t x can in turn be calculated from this. This value or a value t x0 = x / c 0 calculated therefrom is stored and used as a basis for the calculations explained in connection with FIG. 1.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Fahrzeugs. In einem vorgegebenen Abstand x sind zwei Ultraschallsensoren 83, S4 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen Sender und einen Empfänger oder einen Sensor (Empfänger und Sender) und einen Reflektor entsprechend anzuordnen. In einem Prozessor kann aus der Laufzeit in einfacher Weise auf die Lufttemperatur geschlossen werden. Sofern die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung nicht auch gleichzeitig zur Abstandsmessung verwendet wird, kann eine Bündelung der Ultraschallsignale in Richtung auf den anderen Sensor bzw. in Richtung auf den Reflektor erfolgen, wodurch die Einrichtung weniger anfällig gegenüber Störungen durch weitere Reflektionen oder Einstrahlungen ist.The embodiment shown in Fig. 4 is used to measure the air temperature in the vicinity of the vehicle. Two ultrasonic sensors 83 , S 4 are arranged at a predetermined distance x. Within the scope of the invention it is also possible to arrange a transmitter and a receiver or a sensor (receiver and transmitter) and a reflector accordingly. The air temperature can easily be deduced from the running time in a processor. If the device shown in FIG. 4 is not also used for distance measurement at the same time, the ultrasonic signals can be bundled in the direction of the other sensor or in the direction of the reflector, as a result of which the device is less susceptible to interference from further reflections or irradiation.

Claims (6)

1. Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Mitteln zur Messung der Laufzeit eines von einem Objekt reflekierten Ultraschallsignals, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Mittel (S1, S2, 3) zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals über eine vorgegebene Strecke (x) vorgesehen sind und daß aus der Laufzeit des vom Objekt (2) reflektierten Ultraschallsignals der Abstand zum Objekt (2) errechnet wird, wobei die Laufzeit über die vorgegebene Strecke (x) als Korrekturwert benutzt wird.1. Device for contactless distance measurement, in particular for motor vehicles, with means for measuring the transit time of an ultrasonic signal reflected by an object, characterized in that means (S 1 , S 2 , 3 ) for measuring the transit time of an ultrasonic signal over a predetermined distance ( x) are provided and that the distance is calculated for the object (2) from the transit time of the object (2) reflected ultrasound signal, wherein the running time is used over the predetermined distance (x) as a correction value. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Strecke von zwei Ultraschallsensoren (S1, S2) gebildet ist, die im vorgegebenen Abstand (x) im Stoßstangenbereich des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the predetermined distance is formed by two ultrasonic sensors (S 1 , S 2 ) which are arranged at a predetermined distance (x) in the bumper area of the motor vehicle ( 1 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Strecke von einem Ultraschallsensor und einem Reflektor gebildet ist, die im vorgegebenen Abstand im Stoßstangenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. 3. Device according to claim 1, characterized in that the predetermined distance from an ultrasonic sensor and a reflector is formed in the predetermined distance Bumper area of the motor vehicle are arranged.   4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer unbekannten Länge der vorgegebenen Strecke eine Kalibrierbetriebsart vorgesehen ist, bei welcher ein bekannter Abstand (a) zu einem Objekt (5) gemessen wird und daraus die Länge der vorgegebenen Strecke (x) errechnet wird.4. Device according to claim 1, characterized in that in the case of an unknown length of the predetermined distance a calibration mode is provided, in which a known distance (a) to an object ( 5 ) is measured and from this the length of the predetermined distance (x) is calculated. 5. Einrichtung zur Messung der Temperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals über eine vorgegebene Strecke und zur Umrechnung der Laufzeit in einen Temperaturwert vorgesehen sind.5. Device for measuring the temperature in the environment of a motor vehicle, characterized in that means for Measurement of the transit time of an ultrasound signal over a predefined route and to convert the running time into one Temperature value are provided. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Messung der Laufzeit und zur Umrechnung von mindestens einem Ultraschallsender, einem Ultraschallempfänger und einem Prozessor gebildet sind.6. Device according to claim 5, characterized in that the means for measuring the term and for converting from at least one ultrasound transmitter, one Ultrasound receiver and a processor are formed.
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