EP1864156A1 - Verfahren zur funktionsüberprüfung eines ultraschallsensors - Google Patents

Verfahren zur funktionsüberprüfung eines ultraschallsensors

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Publication number
EP1864156A1
EP1864156A1 EP06725037A EP06725037A EP1864156A1 EP 1864156 A1 EP1864156 A1 EP 1864156A1 EP 06725037 A EP06725037 A EP 06725037A EP 06725037 A EP06725037 A EP 06725037A EP 1864156 A1 EP1864156 A1 EP 1864156A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
ultrasonic
signal
limit value
ultrasonic sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06725037A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Richter
Peter Preissler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1864156A1 publication Critical patent/EP1864156A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details
    • G01S2015/938—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Definitions

  • the invention is based on a method for functional testing of a
  • Ultrasonic sensor according to the preamble of the main claim. From EP 312 845 Al a monitoring device for reversing devices for vehicles is already known. At the rear of the vehicle at least two operated in the sound reflection method transmitter / receiver pairs are arranged, each associated with an electro-acoustic transducer. Between two adjacent transducers becomes an acoustic
  • a received signal is compared with a fixed threshold.
  • Limit value for the amplitude signal is compared.
  • a creeping blindness of the sensor e.g. due to icing, contamination, aging or other disruptive effects.
  • the evaluation window can advantageously be connected to a measurement window in such a way that the measurement window adjoins the evaluation window for functional verification. Therefore, the subsequent measurement can be immediately linked to the information as to whether or not the sensor is reliable.
  • the limit value during the duration of the time evaluation window makes it possible to provide different limit values for signals which are emitted by different, other ultrasonic sensors. Because it is to be expected that a signal emitted by a more distant sensor, which has a longer transit time than a signal emitted by a closer sensor, will also have a lower amplitude.
  • Evaluation window is varied, a signal reception can be detected by both sensors, thus increasing the reliability of the functional test.
  • the limit value is advantageously adapted to the installation site, the distance of the two sensors and the mounting conditions in the support structure.
  • the adaptation takes place during assembly of the sensor. But it can also be recalibrated later. In particular, when retrofitting sensors by a calibration adapted to the actual conditions threshold regulation is possible.
  • the limit value is advantageous to change the limit value as a function of measured values of the vehicle or measured values with regard to the vehicle environment.
  • the speed of the vehicle or the ambient temperature can be considered suitable. It is particularly advantageous here to choose the limit differently depending on the mounting location on the vehicle.
  • the ultrasonic sensor it is advantageous to output a warning to a driver in the event of a malfunction of the ultrasonic sensor.
  • the driver is hereby informed that obstacles may no longer be seen with the ultrasonic sensor. He can therefore no longer rely on a measured value display of a distance measuring device in this case. If necessary, the warning may also prompt him to clean or de-ice the ultrasonic sensors.
  • a warning is preferably output only when, for example, no functioning of the sensor is detected in a large number of successive measurements. Since the measurements are repeated relatively quickly, this does not endanger a user, but avoids unnecessary warnings.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with a
  • Figure 2 shows two ultrasonic sensors of a distance measuring device according to the invention
  • Figure 3 shows an amplitude characteristic for the amplitude of a received ultrasonic signal in carrying out the method according to the invention.
  • the present invention can be used with any distance measuring devices
  • Ultrasonic sensors are used.
  • their use is advantageous for a distance measuring device in a motor vehicle, as a driver relies on the warnings of a distance measuring device, which warns him of a collision with obstacles in the vehicle environment.
  • the reliable detection of a loss or a limitation of the detection capability ensures that with a decreasing sensor power, a driver receives an appropriate feedback, so that he either the functional performance of the distance measuring device restores or at least during the duration of the fault is no longer verläset on a warning display of the distance measuring device ,
  • a motor vehicle 1 is shown schematically.
  • the ultrasonic sensors 4, 5 are preferably mounted in a front bumper 6 or in a rear bumper 7 of the vehicle.
  • the ultrasonic sensors 4, 5 have a vibratable membrane which at least partially penetrates the bumper 7, so that ultrasound signals are emitted into the vehicle surroundings.
  • the ultrasonic signals are reflected by an obstacle in the vehicle environment and received by the ultrasonic sensors 4, 5 again.
  • the ultrasound sensors 4, 5 are preferably designed as ultrasound transmitters and as ultrasound receivers.
  • the ultrasonic sensors 4, 5 are connected via a data bus 8 with an evaluation unit 9 in the vehicle.
  • the ultrasonic sensors 4, 5 have an evaluation unit, not shown in detail in FIG. 1, with which the received ultrasonic signal is evaluated.
  • an ultrasound transmission pulse consists of a large number of individual signals, which are combined to form an ultrasound pulse, so that a signal envelope is sent out
  • the received signal also has an envelope which surrounds the maximum values of the individual ultrasonic vibrations.
  • the evaluation electronics of the ultrasonic sensors 4, 5 determines whether a signal has been received or not. A determination is made e.g. such that an amplitude of a signal envelope is compared with a stored threshold.
  • the evaluation unit 9 analyzes the signals transmitted by the individual ultrasonic sensors 4, 5. It determines the transit time from the time difference between the signal transmission and the reception and from this, taking into account the speed of sound, the distance to the obstacle. If a minimum distance to an obstacle is reached, then the
  • Evaluation unit 9 from a corresponding warning.
  • the evaluation unit 9 is e.g. with a display unit 10 and / or with an acoustic output unit 11, preferably with a loudspeaker.
  • FIG. 2 shows a first ultrasonic sensor 41 and a second ultrasonic sensor 42 in FIG.
  • the two ultrasonic sensors 41, 42 are of identical construction in the exemplary embodiment shown here, but may also be made e.g. have structural differences for reasons of better mountability or for adaptation to a mounting location. Both sensors have a sensor pot 12.
  • the sensor well 12 has a diaphragm 13 which faces outward with respect to the vehicle and thus one
  • the sensors 41, 42 are mounted in the front bumper 6 with the sensor pot in the example shown here.
  • the sensor cup 12 pierces the diaphragm 13 for openings provided in the bumper 6, respectively.
  • the diaphragm 13 is excited to vibrate by a piezo transducer 14, so that it emits an ultrasonic signal.
  • the piezo converter 14 This is controlled by an electronic unit 15.
  • the electronic unit 15 has in each case a computing unit 16 and a memory 17.
  • the arithmetic unit 16 is connected to the data bus 8 via a connection 18.
  • the piezoelectric transducer 14 is controlled by the electronic unit 15 so that the membrane 13 emits an ultrasonic signal.
  • an ultrasonic signal can excite the membrane 13, so that the excitation is transmitted to the piezo transducer 14.
  • This excitation is detected by the electronic unit 15 and processed by the arithmetic unit 16.
  • a reception of an ultrasonic signal is detected.
  • the emitted signals are reflected by an external obstacle, not shown in FIG. 2, outside the vehicle and received again by the sensors 41, 42. If a signal is emitted by the second ultrasonic sensor 42, the first ultrasonic sensor can not only receive a signal reflected by an obstacle, but sound signals also reach a direct one
  • the sound signals generated by the second ultrasonic sensor may also be e.g. in the support structure of the ultrasonic sensors 41, 42 in the bumper 6 couple. This sound is transmitted via the bumper 6 to the first ultrasonic sensor 41. This sound is shown by a first arrow 19 in FIG. Furthermore, sound also passes directly through the air from the second ultrasonic sensor 42 to the first sensor 41. This sound is represented by a second arrow 20 in FIG.
  • the first sensor 41 is switched as a receiver and the second sensor 42 simultaneously as a transmitter, then a signal emitted by the second sensor 42 reaches the first sensor 41 before the signal emitted by the second sensor 42 is reflected by an obstacle because the signal path from the second sensor 42 to any obstacle and further to the first sensor 41 is always wider than a distance for a direct sound conduit between the second and the first sensor.
  • the first sensor 41 If, however, the first sensor 41 is contaminated, for example, by snow, ice, mud or the like, or if it has been damaged, then either the membrane 13 of the first ultrasonic sensor 41 can not be excited to oscillate or, if an excitation has occurred, it may possibly be due to the electronic unit 15 of the first ultrasonic sensor 41 are not detected. Under such circumstances, a signal reflected from an obstacle may not be detected, or at least not detected securely so that a warning of an obstacle may be omitted. But even an emitted from the second ultrasonic sensor 42 to an obstacle ultrasonic signal is not detected by the first ultrasonic sensor.
  • Evaluation unit 9 transmit both a signal to the second ultrasonic sensor for transmitting a signal, as well as to the first ultrasonic sensor 41, a command for receiving a signal.
  • the first ultrasonic sensor 41 now stops from the second ultrasonic sensor 42 via the paths 19, 20 directly, i. without reflection on an external obstacle, transmitted signals.
  • the received ultrasonic signal is from the
  • Piezo transducer 14 is converted into a voltage signal.
  • the voltage signal describes e.g. a maximum amplitude of the envelope of a received ultrasonic signal of a resonance frequency of the membrane in a predetermined time window.
  • a limit value for the voltage signal is stored in the memory 17. If the determined voltage signal can exceed a limit stored in the memory 17, then a function of the sensor is detected. If the limit stored in the memory 17 can not be exceeded, there may be a malfunction of the ultrasonic sensor.
  • the limit value stored in the memory 17 can be changed either in the memory 17 itself or after being read by the arithmetic unit 16. The changes will be explained with reference to the diagram shown in FIG.
  • a detection threshold is plotted as voltage on the Y-axis 30 with respect to time on the X-axis 31.
  • the first ultrasonic sensor 41 is switched to a receive mode.
  • the first time 32 is identical to the transmission time of the ultrasonic signal of the second sensor 42 or is shortly thereafter.
  • the previously described functional test of the ultrasonic sensor is performed.
  • this is followed by a dead time 34, in which a detection threshold of the first sensor 41 is selected to be so high that no received signal can be detected, since all possible, received signals are below the detection threshold provided in the dead time 34.
  • the evaluation window 33 or the dead time 34 is followed by the actual measuring window 35, in which the first sensor 41 listens to the signal of the second sensor 42, which is reflected back by an external obstacle, in order to distinguish between the second obstacle Send time and the time of receipt lying time to determine the distance to the external obstacle.
  • Dashed lines for this time a threshold curve 36 is shown, for example, is adapted to the distance of the sensor from the surface, to the mounting location of the sensor in the vehicle, to the air temperature or other conditions in the vehicle.
  • Measurement curve 36 during the measurement window 35 regardless of a limit value for a functional test of the sensor for receiving the directly transmitted sound signal from the second sensor 42 during the evaluation window 33.
  • Evaluation window 33 triggers any exceeding of the limit value shown by the amplitude of a received ultrasonic signal in the computing unit, the decision that the first sensor 41 is functioning. If the limit is not exceeded, a malfunction is detected.
  • the height of the limit value 37 is variable.
  • the magnitude of the threshold may be written into the memory 17 during assembly of the sensor or during manufacture of a corresponding distance measuring device.
  • the height of the limit value is in such a case in particular dependent on the mounting location of the sensor and, connected thereto, on the distance or angle of the sensors from each other. If the distance of the sensors is quite large, then the limit value is chosen to be smaller. Conversely, the limit can be raised at closer sensors, since the smaller distance, the signal between the two sensors can be transmitted with a larger amplitude.
  • End 38 of the evaluation window can be set during assembly.
  • the sound propagation time through possibly different materials e.g. by air or through the bumper 7, turn off.
  • distances of 15 to 80 cm between two ultrasonic sensors must be taken into account.
  • Bracket for a sound sensor can influence the height of the limit value. For example, if there is a good sound coupling between the ultrasonic sensor and the bumper, the limit can be set higher than with a bad sound coupling. If the ultrasonic sensors point towards each other and this is possibly supported by a suitable funnel construction for focusing the ultrasonic signal, then the limit can also be raised. If the ultrasonic sensors point away from one another, in particular in the case of a convexly shaped bumper, the limit value must be lowered again. This can also counterproductive effects occur, for example, for a bumper with a good sound conduction, but a convex arrangement of the sensors. In case of doubt, the level of the limit value must be empirically checked, in particular when retrofitting ultrasonic sensors, which is carried out by a vehicle user himself.
  • the arithmetic unit 16 can also take into account dynamic values.
  • the evaluation unit 9 is preferably connected to a vehicle data bus 21, via which e.g. an outside temperature or a vehicle speed can be evaluated. In particular, at higher speeds disturbances of the sound transmission between the sensors can occur due to the air flow.
  • Interferences may be e.g. be stronger at the front of the vehicle than at the rear of the vehicle. If a predetermined vehicle speed is exceeded, the limit value 37 is to be lowered by the arithmetic unit 16 as the vehicle speed increases. If appropriate, different limit values can be provided for the vehicle front side and for the vehicle rear side. In a further embodiment, it is also possible to suspend the check at too high a speed or too large a fluctuation of the outside temperature.
  • the limit value for the entire evaluation window 33 can be varied constantly so that, for example, it is lowered to a constant value 39 or increased to the constant value 45. In a further embodiment, however, it is also possible to divide the evaluation window. In this case, the limit value is higher up to a second point in time 46 than between the second point in time 46 and the end 38 of the evaluation window 33. This can take account of the fact that during the first part of the evaluation window a sound signal from a closer, further ultrasonic sensor is detected while in the second part of the evaluation window 33 an ultrasonic signal is received from another, more distant ultrasonic sensor.
  • a warning that at least one ultrasonic sensor is not working can be output directly to a driver of the motor vehicle 1.
  • a counter is first counted up, which is then cleared when a signal is received again. Only when a plurality of successive measurements in succession, such as 10 to 25 measurements, preferably 20 measurements, no signal from another sensor during the evaluation window 33 is detected, so a warning is issued. This avoids that individual interference measurements lead to a warning output.
  • the limit value during the evaluation window 33 can also be represented by an arbitrarily configured curve.
  • the sensors are switched in such an operation that they check each other.
  • Sensor switched as a receiver In a subsequent measurement step, the check is reversed, with transmitter and receiver are reversed. If several sensors are present, they can also check each other. Further additional verification may be by a self-test in which the ultrasonic sensors are operated in a direct-echo mode and in which they reproduce their own emitted signal which may be reflected by an obstacle or by which at least the diaphragm 13 was excited receive.
  • a change of the limit value is stored in the memory 17.
  • a customized limit is written to the memory 17 upon manufacture of the sensor.
  • the limit value can also be written into the memory 17 by the evaluation unit 9. This process can be done in conjunction with an automatic determination of the limit.
  • the limit e.g. is stored in the form of a voltage value, but also be specified by a user and on the
  • Evaluation unit 9 are transmitted to the memories.
  • a new limit value can be transmitted to the memory 17 by the evaluation unit 9.
  • a correction signal can also be transmitted to the respective sensor, so that the arithmetic unit 16 corrects the limit value stored in the memory 17 on the basis of the correction signal during the measurement.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Ultraschallsensors vorgeschlagen, bei dem wenigstens ein weiterer Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal aussendet und ein Funktionieren des ersten Sensors dann festgestellt wird, wenn die Amplitude des von dem ersten Sensor ohne eine Reflexion an einem externen Hindernis übertragene Signal einen vorgegebenen, veränderlichen Grenzwert überschreitet.

Description

Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Ultraschallsensors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines
Ultraschallsensors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der EP 312 845 Al ist bereits eine Überwachungseinrichtung für Rückwärtsfahrtsicherungen bei Fahrzeugen bekannt. Am Fahrzeugheck sind mindestens zwei im Schallreflexionsverfahren betriebene Sender-/Empfängerpaare angeordnet, denen jeweils ein elektroakustischer Wandler zugeordnet ist. Zwischen zwei benachbarten Wandlern wird ein akustischer
Nebenschluss vorgesehen, so dass jeweils das von einem benachbarten Sender empfangene Signal als Funktionskontrollsignal ausgewertet wird.
Aus der DE 199 24 755 Al ist eine Abstandserfassungseinrichtung bekannt, bei der Übersprechsignale zwischen zwei Sensoren zur Funktionskontrolle ausgewertet werden.
Hierbei wird ein empfangenes Signal mit einer fest vorgegebenen Schwelle verglichen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Ultraschallsensors mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein von einem anderen Sensor ausgesendetes Signal zur Funktionsüberprüfung mit einem veränderlichen
Grenzwert für das Amplitudensignal verglichen wird. Hierdurch kann insbesondere eine schleichende Erblindung des Sensors, z.B. durch Vereisung, Verschmutzung, Alterung oder sonstige Störeffekte, erfasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, zur besseren Funktionsüberprüfung den Sensor möglichst genau an seine Einbauposition anzupassen, um eine sichere Aussage über die Funktion des Sensors zu erhalten. Die Aussage, ob der
Sensor einwandfrei funktioniert, wird damit verlässlicher.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens zur Funktionsüberprüfung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, ein zeitliches
Auswertefenster vorzusehen, innerhalb dem das empfangene Signal den Grenzwert überschreiten muss. Das Auswertefenster kann dabei vorteilhaft mit einem Messfenster derart verbunden werden, dass sich das Messfenster an das Auswertefenster zur Funktionsüberprüfung anschließt. Daher kann die nachfolgende Messung unmittelbar mit der Information darüber verbunden werden, ob der Sensor zuverlässig arbeitet oder nicht.
Insbesondere nur stochastisch auftretende Fehler oder plötzliche Ausfälle während des Messbetriebs können hierdurch erfasst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Grenzwert während der Dauer des zeitlichen Auswertefensters zu verändern. Insbesondere ist es durch die Grenzwertänderung während des Auswertefensters möglich, für Signale, die von verschiedenen, anderen Ultraschallsensoren ausgesendet werden, unterschiedliche Grenzwerte vorzusehen. Denn es ist zu erwarten, dass ein von einem entfernteren Sensor ausgesendetes Signal, das eine längere Laufzeit hat, als ein von einem näheren Sensor ausgesendetes Signal, auch eine niedrigere Amplitude aufweisen wird. Indem der Grenzwert während des
Auswertefensters variiert wird, kann ein Signalempfang von beiden Sensoren detektiert werden und somit die Zuverlässigkeit der Funktionsprüfung erhöht werden. Insbesondere ist es hiermit auch möglich, gegebenenfalls auf eine Funktion anderer Ultraschallsensoren als Sender schließen zu können. Ferner ist es vorteilhaft, Sensoren an einer gemeinsamen Trägerkonstruktion vorzusehen, die den Schall von einem Sensor zu einem anderen Sensor überträgt. Hierbei wird vorteilhaft der Grenzwert an den Montageort, den Abstand der zwei Sensoren und die Montagebedingungen in der Trägerkonstruktion angepasst. Vorteilhaft erfolgt die Anpassung bei der Montage des Sensors. Sie kann aber auch später nachkalibriert werden. Insbesondere bei einer Nachrüstung von Sensoren ist durch eine Kalibrierung eine an die tatsächlichen Verhältnisse angepasste Schwellwertregulierung möglich.
Ferner ist es vorteilhaft, den Grenzwert in Abhängigkeit von Messwerten des Fahrzeugs oder Messwerten in Bezug auf die Fahrzeugumgebung zu verändern. Insbesondere kann hierbei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Umgebungstemperatur geeignet berücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, den Grenzwert in Abhängigkeit von dem Montageort am Fahrzeug unterschiedlich zu wählen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, bei einer Fehlfunktion des Ultraschallsensors eine Warnung an einen Fahrer auszugeben. Der Fahrer wird hierdurch darüber informiert, dass Hindernisse möglicherweise mit dem Ultraschallsensor nicht mehr gesehen werden können. Er kann sich daher in diesem Fall nicht mehr auf eine Messwertanzeige einer Abstandsmessvorrichtung verlassen. Gegebenenfalls kann er durch die Warnung auch dazu aufgefordert werden, die Ultraschallsensoren zu reinigen oder zu enteisen.
Damit nicht einzelne Messfehler bereits zur Ausgabe einer derartigen Warnung führen, wird eine Warnung bevorzugt erst dann ausgegeben, wenn z.B. bei einer Vielzahl aufeinander folgender Messungen kein Funktionieren des Sensors festgestellt wird. Da die Messungen relativ schnell wiederholt werden, ist hiermit noch keine Gefährdung eines Benutzers verbunden, wobei aber unnötige Warnungen vermieden werden.
- A -
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer
Abstandsmessvorrichtung, die Ultraschallsensoren aufweist und die erfϊndungsgemäß betrieben wird,
Figur 2 zwei Ultraschallsensoren einer erfindungsgemäßen Abstandsmessvorrichtung, Figur 3 eine Amplituden-Kennlinie für die Amplitude eines empfangenen Ultraschallsignals bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die vorliegende Erfindung kann für beliebige Abstandsmessvorrichtungen mit
Ultraschallsensoren verwendet werden. Insbesondere ist ihre Verwendung vorteilhaft für eine Abstandsmessvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, da ein Fahrer sich auf die Warnungen einer Abstandsmessvorrichtung verläset, die ihn vor einem Zusammenstoß mit Hindernissen in der Fahrzeugumgebung warnt. Die sichere Erkennung eines Verlustes oder einer Einschränkung des Detektionsvermögens stellt sicher, dass bei einer nachlassenden Sensorleistung ein Fahrer eine entsprechende Rückmeldung erhält, so dass er entweder die Funktionsleistung der Abstandsmessvorrichtung wiederherstellt oder zumindest während der Dauer der Störung sich nicht mehr auf eine Warnanzeige der Abstandsmessvorrichtung verläset.
In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 schematisch dargestellt. An einer Vorderseite 2 und an einer Rückseite 3 des Kraftfahrzeugs 1 sind jeweils Ultraschallsensoren 4, 5 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4, 5 sind hierbei bevorzugt in einem vorderen Stoßfänger 6 bzw. in einem hinteren Stoßfänger 7 des Fahrzeugs montiert. Im Allgemeinen weisen die Ultraschallsensoren 4, 5 eine schwingfähige Membran auf, die den Stoßfänger 7 zumindest partiell durchstößt, so dass Ultraschallsignale in die Fahrzeugumgebung abgegeben werden. Die Ultraschallsignale werden von einem Hindernis in der Fahrzeugumgebung reflektiert und von den Ultraschallsensoren 4, 5 wieder empfangen. Die Ultraschallsensoren 4, 5 sind hierzu bevorzugt als Ultraschallsender und als Ultraschallempfänger ausgeführt. Die Ultraschallsensoren 4, 5 sind über einen Datenbus 8 mit einer Auswerteeinheit 9 im Fahrzeug verbunden. Die Ultraschallsensoren 4, 5 weisen dabei eine in der Figur 1 nicht im Detail gezeigte Auswerteeinheit auf, mit der das empfangene Ultraschallsignal ausgewertet wird. Ein Ultraschallsendeimpuls besteht dabei aus einer Vielzahl einzelner Signale, die sich zu einem Ultraschallpuls zusammensetzen, so dass eine Signal-Hüllkurve das ausgesendete
Ultraschallsignal beschreiben kann. Auch das empfangene Signal weist eine Hüllkurve auf, die die Maximalwerte der einzelnen Ultraschallschwingungen umgibt. In einer Ausführungsform ermittelt die Auswerteelektronik der Ultraschallsensoren 4, 5, ob ein Signal empfangen wurde oder nicht. Eine Ermittlung erfolgt z.B. derart, dass eine Amplitude einer Signalhüllkurve mit einem gespeicherten Grenzwert verglichen wird.
Wird der Grenzwert überschritten, so wird dieses Überschreiten an die Auswerteeinheit 9 z.B. digital übertragen. Hierbei können Direktechos ausgewertet werden, bei denen die Ultraschallsensoren 4, 5 das von ihnen selbst jeweils ausgesendete Signal wieder empfangen. In einer weiteren Ausführungsform können auch Kreuzechos ausgewertet werden, bei denen ein von einem anderen Ultraschallsensor ausgestrahltes Signal nach einer Reflexion an einem Hindernis wieder empfangen wird. Die Auswerteeinheit 9 analysiert die von den einzelnen Ultraschallsensoren 4, 5 übertragenen Signale. Sie bestimmt aus der Zeitdifferenz zwischen der Signalaussendung und dem Empfang die Laufzeit und aus dieser unter Einbeziehung der Schallgeschwindigkeit den Abstand zu dem Hindernis. Wird ein Mindestabstand zu einem Hindernis unterschritten, so gibt die
Auswerteeinheit 9 eine entsprechende Warnung aus. Hierzu ist die Auswerteeinheit 9 z.B. mit einer Anzeigeeinheit 10 und/oder mit einer akustischen Ausgabeeinheit 11 verbunden, vorzugsweise mit einem Lautsprecher.
In der Figur 2 sind ein erster Ultraschallsensor 41 und ein zweiter Ultraschallsensor 42 im
Detail gezeigt. Die beiden Ultraschallsensoren 41, 42 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel baugleich ausgeführt, können aber auch z.B. aus Gründen der besseren Montierbarkeit oder zur Anpassung an einen Montageort bauliche Unterschiede aufweisen. Beide Sensoren weisen einen Sensortopf 12 auf. Der Sensortopf 12 weist eine Membran 13 auf, die in Bezug auf das Fahrzeug nach außen zeigt und damit einer
Überwachung der Fahrzeugumgebung dient. Die Sensoren 41, 42 sind mit dem Sensortopf in dem hier gezeigten Beispiel in den vorderen Stoßfänger 6 montiert. Hierbei durchstößt der Sensortopf 12 mit der Membran 13 dafür jeweils vorgesehene Öffnungen in dem Stoßfänger 6. Die Membran 13 wird durch einen Piezowandler 14 zu Schwingungen angeregt, so dass sie ein Ultraschallsignal abstrahlt. Der Piezowandler 14 wird hierzu von einer Elektronikeinheit 15 angesteuert. Die Elektronikeinheit 15 weist jeweils eine Recheneinheit 16 und einen Speicher 17 auf. Die Recheneinheit 16 ist über einen Anschluss 18 an den Datenbus 8 angeschlossen. In einer Senderbetriebsart wird durch die Elektronikeinheit 15 der Piezowandler 14 so angesteuert, dass die Membran 13 ein Ultraschallsignal aussendet. In einer Empfangsbetriebsart kann ein Ultraschallsignal die Membran 13 anregen, so dass sich die Anregung auf den Piezowandler 14 überträgt. Diese Anregung wird von der Elektronikeinheit 15 detektiert und von der Recheneinheit 16 verarbeitet. In Abhängigkeit von den detektierten Signalen wird ein Empfang eines Ultraschallsignals festgestellt.
Für einen Messbetrieb werden die ausgesendeten Signale von einem in der Figur 2 nicht dargestellten, externen Hindernis außerhalb des Fahrzeugs reflektiert und von den Sensoren 41, 42 wieder empfangen. Wird ein Signal von dem zweiten Ultraschallsensor 42 ausgesendet, so kann der erste Ultraschallsensor nicht nur ein von einem Hindernis reflektiertes Signal empfangen, sondern Schallsignale gelangen auch auf einem direkten
Weg zu dem ersten Ultraschallsensor 41. So können die von dem zweiten Ultraschallsensor erzeugten Schallsignale auch z.B. in die Trägerkonstruktion der Ultraschallsensoren 41, 42 in dem Stoßfänger 6 einkoppeln. Dieser Schall wird über den Stoßfänger 6 zu dem ersten Ultraschallsensor 41 weitergeleitet. Dieser Schall ist mit einem ersten Pfeil 19 in der Figur 2 dargestellt. Ferner gelangt auch Schall unmittelbar durch die Luft von dem zweiten Ultraschallsensor 42 zu dem ersten Sensor 41. Dieser Schall ist mit einem zweiten Pfeil 20 in der Figur 2 dargestellt. Wird nun der erste Sensor 41 als ein Empfänger und der zweite Sensor 42 zeitgleich als ein Sender geschaltet, so gelangt ein von dem zweiten Sensor 42 ausgestrahltes Signal zu dem ersten Sensor 41, bevor das von dem zweiten Sensor 42 ausgestrahlte Signal von einem Hindernis reflektiert wird, da der Signalweg von dem zweiten Sensor 42 zu einem beliebigen Hindernis und weiter zu dem ersten Sensor 41 immer weiter ist als eine Entfernung für eine direkte Schallleitung zwischen dem zweiten und dem ersten Sensor.
Ist der erste Sensor 41 jedoch z.B. durch Schnee, Eis, Matsch oder ähnliches verunreinigt oder ist er beschädigt worden, so kann entweder die Membran 13 des ersten Ultraschallsensors 41 nicht zu einer Schwingung angeregt werden oder, falls eine Anregung erfolgt ist, kann diese möglicherweise durch die Elektronikeinheit 15 des ersten Ultraschallsensors 41 nicht detektiert werden. Unter derartigen Umständen kann ein von einem Hindernis reflektiertes Signal nicht oder zumindest nicht sicher erfasst werden, so dass eine Warnung vor einem Hindernis eventuell unterbleibt. Aber auch ein von dem zweiten Ultraschallsensor 42 zu einem Hindernis ausgesendetes Ultraschallsignal wird von dem ersten Ultraschallsensor nicht detektiert.
Um eine Funktion des ersten Ultraschallsensors 41 festzustellen, wird von der
Auswerteeinheit 9 sowohl ein Signal an den zweiten Ultraschallsensor zum Senden eines Signals, als auch an den ersten Ultraschallsensor 41 ein Befehl zum Empfangen eines Signals übertragen. Der erste Ultraschallsensor 41 hört nun auf von dem zweiten Ultraschallsensor 42 über die Wege 19, 20 direkt, d.h. ohne Reflexion an einem externen Hindernis, übertragene Signale. Das empfangene Ultraschallsignal wird von dem
Piezowandler 14 in ein Spannungssignal umgewandelt. Das Spannungssignal beschreibt z.B. eine maximale Amplitude der Hüllkurve eines empfangenen Ultraschallsignals einer Resonanzfrequenz der Membran in einem vorgegebenen Zeitfenster. Zur Auswertung ist in dem Speicher 17 ein Grenzwert für das Spannungssignal abgelegt. Kann das ermittelte Spannungssignal einen in dem Speicher 17 abgelegten Grenzwert überschreiten, so wird eine Funktion des Sensors festgestellt. Kann der in dem Speicher 17 abgelegte Grenzwert nicht überschritten werden, so liegt möglicherweise eine Fehlfunktion des Ultraschallsensors vor. Der in dem Speicher 17 abgelegte Grenzwert ist entweder in dem Speicher 17 selbst oder nach einem Auslesen durch die Recheneinheit 16 durch diese veränderbar. Die Veränderungen werden anhand des in der Figur 3 gezeigten Diagramms erläutert.
In der Figur 3 ist eine Detektionsschwelle als Spannung auf der Y-Achse 30 gegenüber der Zeit auf der X-Achse 31 aufgetragen. Ausgehend von einem Messbeginn zu einem ersten Zeitpunkt 32 wird der erste Ultraschallsensor 41 in einen Empfangsmodus geschaltet. Der erste Zeitpunkt 32 ist dabei identisch mit dem Sendezeitpunkt des Ultraschallsignals des zweiten Sensors 42 oder liegt kurz danach. In einem ersten Messintervall entsprechend dem Auswertefenster 33 wird die zuvor beschriebene Funktionsprüfung des Ultraschallsensors durchgeführt. Fakultativ schließt sich hieran eine Totzeit 34 an, in der eine Detektionsschwelle des ersten Sensors 41 so hoch gewählt wird, dass kein empfangenes Signal ermittelt werden kann, da alle möglichen, empfangenen Signale unterhalb der in der Totzeit 34 vorgesehenen Detektionsschwelle liegen. An das Auswertefenster 33 oder an die Totzeit 34 schließt sich das eigentliche Messfenster 35 an, in der der erste Sensor 41 auf das Signal des zweiten Sensors 42 hört, das von einem externen Hindernis zurückreflektiert wird, um aus der zwischen dem Sendezeitpunkt und dem Empfangszeitpunkt liegenden Laufzeit eine Abstandsbestimmung zu dem externen Hindernis zu ermöglichen. Gestrichelt ist für diesen Zeitpunkt eine Schwellwertkurve 36 gezeigt, die z.B. an den Abstand des Sensors von der Oberfläche, an den Montageort des Sensors im Fahrzeug, an die Lufttemperatur oder an weitere Bedingungen im Fahrzeug angepasst ist. Bevorzugt ist der Verlauf der
Messkurve 36 während des Messfensters 35 unabhängig von einem Grenzwert für eine Funktionsprüfung des Sensors zum Empfangen des direkt übertragenen Schallsignals von dem zweiten Sensor 42 während des Auswertefensters 33. In einem ersten Ausführungsbeispiel ist für den Verlauf einer Schwellwertkurve ein konstanter Grenzwert 37 während des Auswertefensters 33 in der Figur 3 gezeigt. Während des
Auswertefensters 33 löst jede Überschreitung des gezeigten Grenzwertes durch die Amplitude eines empfangenen Ultraschallsignals bei der Recheneinheit die Entscheidung aus, dass der erste Sensor 41 funktioniert. Wird der Grenzwert nicht überschritten, so wird eine Fehlfunktion festgestellt.
Die Höhe des Grenzwertes 37 ist dabei variabel. In einer ersten Ausführungsform kann die Höhe des Grenzwertes bei der Montage des Sensors oder bei der Fertigung einer entsprechenden Abstandsmessvorrichtung in dem Speicher 17 festgeschrieben werden. Die Höhe des Grenzwertes ist in einem solchen Fall insbesondere von dem Montageort des Sensors und, hiermit verbunden, von dem Abstand oder Winkel der Sensoren zueinander abhängig. Ist der Abstand der Sensoren recht groß, so wird der Grenzwert kleiner gewählt. Umgekehrt kann der Grenzwert bei näher liegenden Sensoren angehoben werden, da durch den geringeren Abstand das Signal zwischen den beiden Sensoren mit einer größeren Amplitude übertragen werden kann. Neben der Höhe des Grenzwertes kann auch die Dauer des Auswertefensters zwischen dem ersten Zeitpunkt 32 und einem
Ende 38 des Auswertefensters bei der Montage eingestellt werden. Hierbei ist im Allgemeinen auf die Schalllaufzeit durch möglicherweise unterschiedliche Materialien, so z.B. durch Luft oder durch den Stoßfänger 7, abzustellen. Im Allgemeinen sind hierbei Abstände von 15 bis 80 cm zwischen zwei Ultraschallsensoren zu berücksichtigen. Auch das verwendete Material und die Einbauform einer in der Figur 2 nicht gezeigten
Halterung für einen Schallsensor können die Höhe des Grenzwertes beeinflussen. Erfolgt z.B. eine gute Schallankopplung zwischen dem Ultraschallsensor und dem Stoßfänger, kann der Grenzwert höher gesetzt werden als bei einer schlechten Schallankopplung. Zeigen die Ultraschallsensoren aufeinander zu und wird dies gegebenenfalls durch eine geeignete Trichterkonstruktion zur Fokussierung des Ultraschallsignals unterstützt, so kann der Grenzwert ebenfalls angehoben werden. Zeigen die Ultraschallsensoren, insbesondere bei einem konvex geformten Stoßfänger voneinander weg, so ist der Grenzwert wiederum abzusenken. Hierbei können auch gegenläufige Effekte auftreten, z.B. für einen Stoßfänger mit einer guten Schallleitung, aber einer konvexen Anordnung der Sensoren. Im Zweifelsfall muss die Höhe des Grenzwertes empirisch überprüft werden, insbesondere bei einer Nachrüstung von Ultraschallsensoren, die durch einen Fahrzeugbenutzer selbst vorgenommen wird.
Neben einer statischen Festlegung des Grenzwertes für einen jeweiligen Sensor bei einer Montage an dem Fahrzeug oder bei einer später vorgenommenen Kalibrierung können jedoch durch die Recheneinheit 16 auch dynamische Werte berücksichtigt werden. Hierzu ist die Auswerteeinheit 9 vorzugsweise an einen Fahrzeugdatenbus 21 angeschlossen, über den z.B. eine Außentemperatur oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit auswertbar ist. Insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten können durch die Luftströmung Störungen der Schallübertragung zwischen den Sensoren auftreten. Diese
Störungen können z.B. an der Fahrzeugfrontseite stärker als an der Fahrzeugrückseite sein. Wird eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten, so ist der Grenzwert 37 durch die Recheneinheit 16 mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abzusenken. Gegebenenfalls können für die Fahrzeugvorderseite und für die Fahrzeugrückseite unterschiedliche Grenzwerte vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die Überprüfung bei einer zu hohen Geschwindigkeit oder bei einer zu großen Schwankung der Außentemperatur auszusetzen.
In einer ersten Ausführungsform kann der Grenzwert für das gesamte Auswertefenster 33 konstant variiert werden, so dass er beispielsweise auf einen konstanten Wert 39 abgesenkt oder auf den konstanten Wert 45 erhöht wird. In einer weiteren Ausführungsform ist es aber auch möglich, das Auswertefenster zu unterteilen. Hierbei ist der Grenzwert bis zu einem zweiten Zeitpunkt 46 höher, als zwischen dem zweiten Zeitpunkt 46 und dem Ende 38 des Auswertefensters 33. Damit kann dem Rechnung getragen werden, dass während des ersten Teils des Auswertefensters ein Schallsignal von einem näher liegenden, weiteren Ultraschallsensor detektiert wird, während in dem zweiten Teil des Auswertefensters 33 ein Ultraschallsignal von einem anderen, weiter entfernten Ultraschallsensor empfangen wird. Wird während des Auswertefensters ein Überschreiten des Grenzwertes nicht detektiert, so kann in einer ersten Ausführungsform unmittelbar eine Warnung, dass wenigstens ein Ultraschallsensor nicht funktioniert, an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 ausgegeben werden. In einer weiteren Ausführungsform wird jedoch zunächst ein Zähler hochgezählt, der dann gelöscht wird, wenn wieder ein Signal empfangen wird. Erst wenn bei mehreren aufeinander folgenden Messungen hintereinander, so z.B. bei 10 bis 25 Messungen, vorzugsweise 20 Messungen, kein Signal eines anderen Sensors während des Auswertefensters 33 erfasst wird, so wird eine Warnung ausgegeben. Hierdurch wird vermieden, dass einzelne Störmessungen zu einer Warnausgabe führen.
Anstelle eines konstanten Grenzwertes kann der Grenzwert während des Auswertefensters 33 auch durch eine beliebig gestaltete Kurve dargestellt werden.
Bevorzugt werden die Sensoren in einem derartigen Betrieb geschaltet, dass sie sich gegenseitig überprüfen. Hierzu wird zunächst ein erster Sensor als Sender und ein zweiter
Sensor als Empfänger geschaltet. In einem anschließenden Messschritt erfolgt die Überprüfung umgekehrt, wobei Sender und Empfänger vertauscht werden. Sind mehrere Sensoren vorhanden, können sich diese auch wechselseitig überprüfen. Eine weitere, zusätzliche Überprüfung kann durch einen Selbsttest erfolgen, bei dem die Ultraschallsensoren in einem Direktecho-Modus betrieben werden und bei dem sie ihr eigenes, ausgesendetes Signal, das von einem Hindernis gegebenenfalls reflektiert wird oder durch das zumindest die Membran 13 angeregt wurde, wieder empfangen.
Eine Änderung des Grenzwertes wird in dem Speicher 17 abgelegt. In einer ersten Ausführungsform wird ein angepasster Grenzwert bei einer Herstellung des Sensors in den Speicher 17 geschrieben. In einer weiteren Ausführungsform kann der Grenzwert aber auch durch die Auswerteeinheit 9 in den Speicher 17 geschrieben werden. Dieser Vorgang kann in Verbindung mit einer automatischen Bestimmung des Grenzwertes erfolgen. Weiterhin kann der Grenzwert, der z.B. in Form eines Spannungswertes gespeichert wird, aber auch durch einen Benutzer vorgegeben werden und über die
Auswerteeinheit 9 an den Speichern übermittelt werden. Bei einer Anpassung des Grenzwertes während der Fahrt kann von der Auswerteeinheit 9 ein neuer Grenzwert an den Speicher 17 übertragen werden. Es kann aber auch ein Korrektursignal an den jeweiligen Sensor übertragen werden, so dass die Recheneinheit 16 während der Messung den in dem Speicher 17 abgelegten Grenzwert anhand des Korrektursignals korrigiert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines ersten Ultraschallsensors einer wenigstens zwei Ultraschallsensoren aufweisenden Abstandsmessvorrichtung, wobei ein von einem zweiten Ultraschallsensor der Abstandsmessvorrichtung ausgesendetes Signal ohne Reflexion an einem externen Hindernis zu dem ersten Ultraschallsensor geleitet wird und wobei bei einem Empfangen des von dem zweiten Sensor ausgesendeten Signals durch den ersten Sensor ein Funktionieren des ersten Sensors festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Empfangen dann festgestellt wird, wenn die Amplitude des von dem ersten Sensor empfangenen Signals des zweiten Sensors einen veränderlichen Grenzwert überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Sensor ein zeitliches Auswertefenster vorgesehen ist, das sich an einen Sendevorgang des zweiten Sensors anschließt und innerhalb dem der Grenzwert von einem empfangenen Signal überschritten werden muss, um ein Funktionieren des ersten Sensors festzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert während der Dauer des zeitlichen Auswertefensters verändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ultraschallsensor an einer Trägerstruktur montiert sind und dass ein Schallsignal über die Trägerstruktur von dem zweiten zu dem ersten Ultraschallsensor übertragen wird.
5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert bei einer Montage des Ultraschallsensors in der Trägerstruktur oder bei einer Montage der Trägerstruktur festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Grenzwert in Abhängigkeit von Messwerten des Fahrzeugs oder Messwerten der Fahrzeugumgebung verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert in Abhängigkeit von einem Montageort des Sensors verändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass kein Funktionieren des Sensors festgestellt wird, eine Warnung ausgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung erst dann ausgegeben wird, wenn bei einer Vielzahl aufeinander folgender Messungen kein Funktionieren des ersten Sensors festgestellt wurde.
10. Abstandsmessvorrichtung mit wenigstens zwei Ultraschallsensoren, die so montiert sind, dass ein von einem zweiten Sensor ausgesendetes Ultraschallsignal ohne Reflexion an einem externen Hindernis von einem ersten Sensor empfangbar ist, wobei in dem ersten Sensor (41) ein veränderlicher Speicher (17) für einen Amplitudenwert (37) vorgesehen ist und wobei das von dem zweiten Sensor (42) ohne eine Reflexion an einem externen Hindernis empfangene Signal mit dem gespeicherten Amplitudenwert (37) derart verglichen wird, dass nur bei einem Überschreiten des gespeicherten Amplitudenwerts (37) ein Funktionieren des ersten Ultraschallsensors (41) festgestellt wird.
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