DE4335728C2

DE4335728C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Abstandsmessung

Info

Publication number: DE4335728C2
Application number: DE4335728A
Authority: DE
Inventors: Dieter Meyer; Ulrich Kanzler; Klaus Krockenberger; Juergen Leinberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: FR2711429A1; GB9420587D0; DE4335728A1; JPH07191138A; GB2283096B; GB2283096A; FR2711429B1; US5508974A

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Ultraschall-Abstandsmessung.

Aus der DE 35 40 704 A1 und der DE 33 47 442 A2 sind Einrichtungen zur Abstandsmessung mittels Ultraschall bekannt, bei denen zu nächst an erster Sendeimpuls zur Erfassung eines Hindernisses aus gesendet wird. Ein zweiter oder weiterer Sendeimpuls wird nur dann gesendet, wenn ein Echoimpuls des ersten Sendeimpulses innerhalb einer bestimmten Zeit empfangen wurde.

Die EP 0 048 958 A1 beschreibt ein Verfahren zur Distanzmessung nach dem Ultraschall-Echoprinzip, wobei das reflektierte Ultra schall-Echosignal der Auswerteelektronik nur während einstellbarer Torzeiten zugeführt wird, wobei der jeweilige Beginn der Torzeit jeweils von dem am Ende des in dem Empfangskanal erscheinenden di rekten Sendesignals abgeleitet wird.

Aus K. Kruse et. al. "Ultraschall-Distanzsensoren für Fertigungs prozesse mit einem hohen Störschallpegel" in: mrs, 1990, Heft 3, Seiten 115 bis 118, ist ein Prinzip zur Laufzeitfenstersteuerung offenbart. Dem gemäß bestimmt eine vorangehende Laufzeitmessung die zeitliche Lage eines Fensters zu einem folgenden Sendeimpuls und seiner Dauer, so dass das nachfolgende gültige Echo innerhalb der Fensterbreite liegt. Alle außerhalb einlaufenden Echos werden als ungültig bewertet. Die Größe des Fensters hängt von der maxi malen Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Reflektor und dem Sen sor ab.

Ein Verfahren zur Messung des Abstandes mit Hilfe von Ultra schallimpulsen ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "Ultra schall-Ortungssystem für Flurförderfahrzeuge", Elektronik 9, 27. 4. 1990 (Seiten 100 bis 105) bekannt. Dabei ergibt sich das Pro blem, daß die Meßdauer bei mehrfachem Aussenden eines Ultraschall impulses und Empfang des von einem Hindernis reflektierten Echos relativ lange dauert. Die Meßzeit dauert umso länger, je weiter das Hindernis von der an einem Kraftfahrzeug montierten Meßeinrichtung entfernt ist. Ungünstig ist weiter, daß bei einem fehlenden Echo die Wartezeit sehr lang sein kann. Im Falle des Einparkens eines Kraft fahrzeuges kann die lange Wartezeit dazu führen, daß das Fahrzeug schon ein Stück weiter gefahren ist, während noch der vorherige Meß wert angezeigt wird. Dadurch kann es dann zu einer unerwünschten Karambolage kommen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung mit den kenn zeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 3 hat dem gegenüber den Vorteil, daß die Erfassung des Abstandes zum Hindernis schneller vor sich geht, da nur dann eine Kontrollmessung durchge führt wird, wenn überhaupt ein Echosignal empfangen wurde.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung möglich. Besonders vor teilhaft ist, daß erfindungsgemäß für die Zeit, in der das Echo empfangen wird, ein Zeit- oder Meßfenster vorgegeben wird. Dieses ist im einfachsten Fall dadurch möglich, daß der maximal zu messende Abstand auf einen bestimmten Wert begrenzt wird und aus diesem Abstand die maximale Laufzeit für ein Echosignal festgelegt wird. Bei einem fehlenden Echo kann dann die Messung abgebrochen werden, da beispielsweise kein Hindernis zu erwarten ist. Des weiteren werden vorteilhaft auch Störsignale unterdrückt, die zufällig auftreten und ein vermeint liches Hindernis vortäuschen.

Wird jedoch ein Echosignal empfangen, dann kann aus der ersten Messung bereits der Abstand bestimmt werden und damit ein Zeit fenster festgelegt werden, in das weitere Echosignale in etwa fallen müssen, wobei erfindungsgemäß die in der Zwischenzeit durchgeführte Fahrzeugbewegung zu berücksichtigen ist. Durch die so erfolgte Mehr fachmessung ergibt sich ein Mittelwert für den ermittelten Abstand, der sehr zuverlässig ist, zumal die Laufzeitfehler außerhalb des festgelegten Meßfensters ausgeblendet werden.

Vorteilhaft ist weiter, erfindungsgemäß das Zeitfenster symmetrisch zur gemessenen Laufzeit des ersten Sendesignals zu wählen, damit bei der Kontroll messung auch mit Sicherheit das erwartete zweite Echosignal in das Zeitfenster fällt.

Vorteilhaft ist weiter, erfindungsgemäß das Zeitfenster vor Beginn eines neuen Sendeimpulses zu schließen, um eine Fehlmessung zu vermeiden.

Eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist in einer Einparkhilfe eines Kraftfahrzeuges gegeben, bei der während des Einparkens laufend der Abstand zu in der Umgebung befindlichen Hindernissen gemessen wird, um eine Beschädigung zu vermeiden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild,

Fig. 2 zeigt zwei Diagramme und

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Steuerung 1, an die ein Ultraschallsensor 2 ange schlossen ist, der zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschall wellen bzw. Ultraschallimpulsen (US-Impulsen) ausgebildet ist. Er sendet beispielsweise einen Sendeimpuls 4 aus, der von einem Hinder nis 3, beispielsweise einer Wand oder einem Pfahl als Echosignal 5 reflektiert wird. Das Hindernis 3 vom US-Sensor 2 hat den Abstand d, der vom Sendeimpuls S und dem Echoimpuls E jeweils durchlaufen wird. Die Steuerung 1 ist mit einer Anzeige 6 verbunden, die den ermittelten Abstand d zum Hindernis 3 normiert und optisch oder akustisch ausgibt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Veröffentlichung Wellhausen, "Ultraschall-Ortungssystem für Flurförderfahrzeuge", Elektronik 9, 27. 4. 1990, Seiten 100 bis 105, beschrieben und muß daher im einzelnen nicht näher erläutert werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung 1, wobei im wesent lichen ein Mikrorechner 10 vorgesehen ist, der mit einem Ultra schallsender (US-Sender) 13 verbunden ist. Der US-Sender 13 sendet entsprechende Ultraschallimpulse über den Ultraschall-Sensor 2 ab. Des weiteren ist der Mikrorechner 10 mit einem Ultraschallempfänger (US-Empfänger) 12 verbunden, der zum Empfang der Echoimpulse ausge bildet ist. Der Mikrorechner 10 ist mit einem Speicher 11 verbunden, in dem Werte für den maximalen Abstand und/oder das Zeitfenster ab gelegt sind. Weiterhin ist der Mikrorechner 10 mit einem Schwell wertschalter 14 verbunden, mit dem Grenzwerte für das Meßfenster oder die maximale zu messende Weite abgespeichert sind. Die ge nannten Bausteine sind dem Fachmann im einzelnen bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.

Anhand der Fig. 2 wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung näher erläutert. Fig. 2 zeigt zwei übereinander angeordnete Zeitdiagramme, wobei beim oberen Diagramm Sendeimpulse S über die Zeit t aufgetragen sind. Im unteren Diagramm sind Echoimpulse E ebenfalls über die Zeitachse t aufgetragen.

Wird beispielsweise zum Zeitpunkt t0 ein Sendeimpuls 4 vom US-Sensor 2 abgestrahlt, dann wird er nach der Zeit t1 als Echoimpuls 5 empfangen, wenn er auf das Hindernis 3 gestoßen ist. Aus der Zeit verschiebung t1-t0 wird der Abstand d berechnet. Da diese erste Messung verschiedene Fehler beinhalten kann, wird üblicherweise wenigstens eine weitere Messung durchgeführt. Der Ultraschallsensor 2 sendet einen weiteren Sendeimpuls 4 zum Zeitpunkt t2 (oberes Diagramm), so daß dessen Echoimpuls 5 nach der Zeit 3 empfangen wird. Aus der Laufzeit t1 des ersten Echoimpulses 5 wurde ein Fenster t_f gebildet, das den Zeitpunkt t1 umschließt und zur Zeit t_f1 geöffnet wird und zur Zeit t_f2 geschlossen wird. Dieses Fenster wird für die zweite Messung verwendet. Die Zeit t_f1 liegt zwischen der Zeit t0 und t1, während die Zeit f_f2 zwischen der Zeit t1 und t2 liegt. Dieses Fenster f_f kann vorteilhaft variabel sein, wobei - bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug - die zwischenzeitlich zurückgelegte Fahrtstrecke und zusätzlich auch die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges in das Fenster t_f einbezogen werden kann. Bei großer Fahrzeuggeschwindigkeit wird das Meßfenster t_f größer gewählt als bei kleiner Fahrzeuggeschwindigkeit.

Für weitere Sendeimpulse 4 als Kontrollmessung wird das gewählte Fenster zu den Zeiten t_f3 geöffnet und t_f4 geschlossen, da das Echosignal t₃ innerhalb dieses Fensters t_f erwartet wird.

Wird nach dem ersten Sendeimpuls 4 kein Echo innerhalb des vorge gebenen Zeitfensters empfangen, wobei dieses Zeitfenster so gewählt ist, daß der maximal zu messende Abstand erfaßt wird, dann wird kein weiterer Sendeimpuls 4 ausgesendet. Es wird dabei davon ausgegangen, daß kein Hindernis im Umfeld des Fahrzeuges, insbesondere in Fahrt richtung liegt. Weitere Sendeimpulse 4 sind daher nicht erforder lich, so daß sich die Meßzeit dadurch verkürzt. Durch geeignete Wahl des Zeitfensters t_f werden Störsignale unterdrückt, die außerhalb des Zeitfensters t_f liegen und damit ein Hindernis vortäuschen würden.

Claims

1. Verfahren zur Abstandsmessung zu einem Hindernis mit ei ner Steuerung für wenigstens einen Ultraschall-Sensor, der Ultraschallimpulse sendet und die von dem Hindernis reflek tierten Echoimpulse empfängt und wobei die Steuerung aus der Laufzeit der Ultraschallimpulse den Abstand zum Hindernis er mittelt und auf einer Anzeige anzeigt, wobei
der Ultraschall-Sensor (2) für eine Kontrollmessung nur dann einen zweiten oder weitere Sendeimpulse (4) sendet, wenn ein Echoimpuls (5) des ersten Sendeimpulses (4) empfangen wurde, der innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters (t_f) liegt,
zum Empfang eines zweiten Echoimpulses (5) ein zweites Zeit fenster (t_f) vorgegeben wird, das in Abhängigkeit von der Laufzeit des ersten Sendeimpulses (4) aktiv geschaltet wird,
Echoimpulse außerhalb des Zeitfensters (t_f) ausgeblendet wer den,
das zweite Zeitfenster (t_f) die Laufzeit t1-t0 des ersten Echoimpulses (5) einschließt und bei seiner Festlegung die zwischenzeitlich zurückgelegte Wegstrecke zwischen Sensor und Hindernis berücksichtigt wird, und
das zweite Zeitfenster (t_f) spätestens vor Aussenden eines neuen Sendeimpulses (4) geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zeitfenster (t_f) in etwa symmetrisch zur Laufzeit t1-t0 des ersten Sendeimpulses (4) gewählt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerung (1) aufweist und dass die Steuerung (1) Mittel (10, 11, 14) aufweist, mit denen das zwei te Zeitfenster (t_f) für den Empfang des zweiten Echoimpulses (5) in Abhängigkeit vom Empfang eines ersten Echoimpulses (5) vorgebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Abstandsmessung in einem Kraftfahr zeug verwendbar ist.