EP2130061A1 - Verfahren zur entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodulierten schallsignalen - Google Patents

Verfahren zur entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodulierten schallsignalen

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EP2130061A1
EP2130061A1 EP08717677A EP08717677A EP2130061A1 EP 2130061 A1 EP2130061 A1 EP 2130061A1 EP 08717677 A EP08717677 A EP 08717677A EP 08717677 A EP08717677 A EP 08717677A EP 2130061 A1 EP2130061 A1 EP 2130061A1
Authority
EP
European Patent Office
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value
values
limit
noise
measured
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08717677A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Kuroczka
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.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies 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 Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2130061A1 publication Critical patent/EP2130061A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • G01S7/52006—Means for monitoring or calibrating with provision for compensating the effects of temperature
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the distance using pulse-modulated sound signals, in which the sound signals emitted by a transducer and the sound reflected by an object sound signals are received by the transducer and the runtime of the sound signals is determined by a downstream of the transducer.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • the distance between the ultrasonic sensor and an object to be detected is determined by means of ultrasonic sensors.
  • ultrasonic signals are emitted by the ultrasonic sensor, which are reflected by the object to the ultrasonic sensor.
  • the transit time of the ultrasound signal can be determined and from this the distance between ultrasound sensor and object can be determined.
  • the strength of the received ultrasonic signal depends essentially on the ambient conditions.
  • the attenuation of ultrasound in air leads to a considerable reduction of the receivable ultrasonic signal.
  • the attenuation in air can lead to the extent that the received ultrasonic signal is lost in electrical or acoustic noise.
  • the acoustic noise can be caused for example by Bodenrefflexion.
  • the attenuation of ultrasound in air depends essentially on the air temperature and the humidity. Also the Sound velocity is largely determined by the air temperature. For these reasons, it is necessary to adapt the operation of the ultrasonic sensor and the downstream control unit to the ambient conditions.
  • a signal whose amplitude is a measure of the sensitivity of the ultrasound sensor is obtained in the known method by the partial reflection of ultrasound signals at a fixed marking. Since the distance between the ultrasonic sensor and the mark is known, a value can be determined from the measured transit time of the ultrasonic signal, which is a measure of the air temperature.
  • a disadvantage of the known method and the known device is that a suitable fixed marking must be present.
  • the ultrasound signals reflected by the marking must not cover the ultrasound signals reflected by an object to be detected.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device with which distance measurements with ultrasound can be carried out even under fluctuating environmental conditions.
  • an output signal generated by the transducer is converted into a time series of measured values which are checked for the purpose of detecting object signatures which are based on sound signals reflected by the object for the exceeding of object limit values which are assigned to the measured values and sent to the sensor Noise level of the measuring te be adjusted dynamically.
  • the limits are adjusted on a timescale that is less than the time scale for changing object signatures. This prevents object signatures from being interpreted as noise signals to which the limits must be adapted.
  • each measured value is assigned an object limit value and a noise limit value which are each related to a reference value. If a measured value exceeds the object limit value, this event is evaluated as the detection of an object. If the measured value is below the object limit but above the noise limit, the reference value is increased. On the other hand, the reference value can be lowered if the measured value is below the noise limit. In this way, particularly strong signals, which are due to an object to be detected, are detected and the object limit values used for detection are dynamically adapted to the current air damping. Preferably, the lowering of the reference value takes place with a predetermined delay, so that the risk of misdetection remains low.
  • the deceleration delay is preferably accomplished by using aging counters associated with each measurement.
  • a reference value associated with a measured value is lowered only if the aging counter associated with the measured value exceeds a predetermined age limit.
  • the aging counter is only increased if the reference value remains the same when checking the reference values.
  • the count of the aging counter remains unchanged or is reduced when an adjustment of the reference value takes place.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic sensor
  • FIG. 2 shows a diagram in which the course of a measurement signal as well as the course of the measured values associated reference values, noise limits and object limits and a gain curve are entered;
  • FIG. 3 shows a diagram corresponding to FIG. 2 at a later time;
  • FIG. 4 shows a flow chart in which the method steps carried out during the detection of objects are shown
  • Figure 5 is a first part of a flow chart showing the adjustment of the reference values.
  • FIG. 6 shows the second part of the flowchart from FIG. 5.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a distance sensor 1, which has an ultrasonic transducer 2, which can emit ultrasonic pulses 3.
  • Ultrasonic pulses 5 reflected by an object 4 can likewise be detected by the ultrasonic transducer 2.
  • the input signals 6 generated by the ultrasonic transducer 2 are fed to a filter 7.
  • the filter 7 generates an amplitude signal 8, which is supplied to an analog-to-digital converter 9, which generates from the amplitude signal 8 a measured value series 10, which is fed to a microcontroller 11 for further processing.
  • the microcontroller 11 compares the measured values contained in the measured value series 10 with reference values 13 stored in a memory unit 12. The measured values which are based on a reflection of the ultrasonic signals on the object 4 are identified.
  • the microcontroller 11 also acts on an oscillator 14 with control signals 15.
  • the control signals 15 cause the oscillator 14 to output output signals 16 to the ultrasound transducer 2. Since the emission time of the output signal 16 is known to the microcontroller 11, the transit time of the ultrasound pulses 3 and 5 can be determined from the time interval between emission time at which the ultrasound pulse 3 is emitted and the time of reception at which the ultrasound pulse 5 reflected back from the object 4 is received determined and at a known speed of sound of the distance of the object 4 to the ultrasonic transducer 2 are determined. The distance value calculated by the microcontroller 11 can then be transmitted via a bus 17 to a higher-level control unit, for example to an on-board computer 18 of a motor vehicle.
  • the ultrasonic transducer 2 may comprise a single conversion unit with which the ultrasonic pulses 3 emit and let the reflected ultrasonic pulses 5 be received.
  • an ultrasonic transducer can also be used, which in each case has a transmitting unit provided for emitting the ultrasonic pulses 3 and a receiving unit 5 provided for receiving the reflected ultrasonic pulses 5.
  • FIG. 2 shows a time diagram in which a measured value series 10 is shown.
  • the time diagram shown in FIG. 2 is selected from a series of measurements and bears the number 50.
  • voltage values U are plotted against equivalent distance values d in FIG.
  • the ultrasonic pulse 3 can be seen.
  • a pronounced acoustic noise signal 19 which is caused, for example, by reflection on the ground, appears.
  • the ultrasonic pulse 5 reflected back on the object 4 appears to be detected.
  • each measured value 20 is assigned a reference value 13.
  • the reference values 13 are in FIG. 2 on a reference value curve 21.
  • the reference value curve 21 runs a noise limit curve 22, above which an object limit curve 23 extends.
  • the object threshold curve 23 and the noise threshold curve 22 are each offset by a predetermined amount from the reference curve 21.
  • the reference value curve 21 thus represents a common reference quantity for the noise limit value curve 22 and the object limit value curve 23.
  • the position of the reference value curve 21 is determined in each case by the position of the measured values 20 with respect to the noise limit value curve 22.
  • the reference value curve 21 is checked. For this purpose, the position of the measured values 20 with respect to the noise limit curve 22 is determined. If a measured value 20 comes to lie above the noise limit curve 22, the reference value curve 21 is increased. Otherwise, the reference value curve 21 is maintained or decreased. A reduction is made, in particular, if the reference value curve 21 has been left unchanged over several measuring cycles.
  • the diagram according to FIG. 2 also contains a gain curve 24 which shows the gain G of the input signal 6 as a function of the distance. Because of air damping, ultrasonic pulses 5 that are reflected from distant objects 4 must be amplified more strongly than ultrasonic pulses 5 reflected from nearby objects 4.
  • FIG. 3 shows a further diagram whose measured value series 10 has been recorded a few measuring cycles later compared to the diagram according to FIG. Accordingly, the diagram according to FIG. 3 bears the number 148.
  • the ultrasonic pulse 5 which is reflected by nearby objects 4 has not occurred.
  • the ultrasonic pulse 5 occurs again. This situation may occur, for example, if the distance measured with the distance sensor 1 seen vehicle along a series of along a roadway arranged post along.
  • the ultrasonic pulse 5 has moved slightly towards smaller distances and, in comparison with the ultrasonic pulse 5 from FIG. 2, has a somewhat higher signal strength.
  • the measured values 20 assigned to the ultrasound pulse 5 are above the object limit curve 23, which has been markedly lowered in the region of the ultrasound pulse 5 as compared to the object threshold curve 23 in FIG. 2, so that the ultrasound pulse 5 can be detected.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a program usISR executed by the microcontroller 11 for determining the ultrasound pulses 5.
  • the program usISR comprises an initial program part in which method steps not described in detail here are executed. For example, the values of the current reference value curve 21 can be read from the memory unit 12.
  • the initial program part 25 is followed by a checking step 26, in which it is checked whether the i-th measured value 20 is greater than an assigned reference value 13 of the reference value curve 21 plus an offset GUT. If this is not the case, method steps 27 are carried out, which must be carried out if the ultrasonic pulse 5 in the measured value series 10 has not been determined.
  • FIGS. 5 and 6 show a flowchart of a procedure of a computer program which is executed by the microcontroller 11 and serves to check and adapt the reference value curve 21.
  • the transitions between the part of the flowchart shown in FIG. 5 and the part of the flowchart shown in FIG. 6 are marked by the jump markings "loop", "aging” and "end".
  • the procedure usAdaptivTrigger begins with a loop query 30, with which the individual measured values 20 of the measured value series 10 are processed.
  • the loop query 30 is followed by a checking step 31, in which it is checked whether the respective measured value 20, in particular the measured value VALUE [i], is greater than the sum of an assigned reference value REFERENCE [i] with an offset ADAPTATION. If the measured value VALUE [i] is smaller than the
  • a further check step 32 follows, in which it is determined whether the measured value VALUE [i] is a local maximum. If the measured value VALUE [i] is not a local maximum, the aging counter is incremented. If, on the other hand, it is a local maximum, it is checked in a further checking step 33 whether the measured value VALUE [i] is smaller than the sum of an assigned reference value REFERENCE [i] and an offset STARK and if the current assigned reference value REFERENCE [i ] is smaller than a maximum value MAX. If this is not the case, the aging counter is incremented as in the two preceding check steps 31 and 32.
  • the checking steps 31 to 33 ensure that an adjustment of the reference value curve 21 only takes place if a measured value VALUE [i] is in a value range between REFERENCE [i] plus ADAPTATION and REFERENCE [i] plus STARK, since the offset STARK usually greater than the ADJUSTMENT offset.
  • the checking step 32 causes the adaptation of the reference value curve 21 to be performed only for local maxima of the measured value series 10.
  • a verification step 35 which checks to see if the adjacent limit REFERENCE [J] is less than the sum of the central reference value REFERENCE [i] and a MATCH_VALUE. If this is not the case, the aging counter is incremented. Otherwise, the adjacent reference value REFERENCE [J] is increased by the value ADJUSTMENT_VALUE and the assigned reference counter REFERENCE_ALTER [j] is reset to zero. The latter takes place in an increasing step 36. It should be noted that the incrementing step takes place at the central measured value VALUE [i] irrespective of the result of the checking step 35.
  • FIG. 6 shows the aging of the reference values.
  • a first checking step 37 it is determined whether the reference age REFERENCE_ALTER [i] has exceeded a maximum age AGING_CYCLE. If this is not the case, the reference age REFERENCE_ALTER [i] is incremented in an incrementation step 38. Otherwise, a further checking step 39 is carried out, in which it is checked whether the amount ALTERATION_DEKREMENT can be subtracted from the reference value REFERENCE [i] without a minimum value for the reference value REFERENCE [i] being undershot. If this is the case, in a method step 40, the reference age REFERENCE_ALTER [i] is set equal to zero and the reference value REFERENCE [i] is set to the minimum value. Otherwise, in a further method step 41, the amount AGING_DEKREMENT is subtracted from the reference value REFERENCE [i] and the reference age REFERENCE_ALTER [i] is reset to zero.
  • ADAPT STARK
  • ADAPTATION_VALUE AGING_CYCLE
  • AGING_DEKREMENT MIN
  • MAX MAX
  • ADJUST, STARK and GOOD offsets can also be replaced by factors that multiply the associated reference value of the reference value curve 21 or the measured values 20 of the measured value series 10.
  • the apparatus described herein and the method described herein have a number of advantages.
  • only the properties of the measured value series 10 are used to determine the reference value curve 21.
  • an adaptation of the reference value curve 21 to the actual environmental conditions takes place independently of their occurrence.
  • Another advantage is that the achievable signal-to-noise ratio is optimally utilized since the values of the reference value curve 21 are always set only as high as is currently necessary. Therefore, no safety margin for possibly worse environmental conditions needs to be met. As a result, long ranges can be achieved.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodulierten Schallsignalen (3, 5) werden die vom Schallwandler ausgesandten und empfangenen Schallsignale (5) detektiert, indem die in einer Messwertreihe (10) enthaltenen Messwerte (20) auf das Überschreiten einer Objektgrenzwertkurve (23) überprüft werden. Die Objektgrenzwertkurve (23) wird mithilfe einer Rauschgrenzwertkurve (22) dynamisch an den Rauschpegel der Messwerte (20) angepasst.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodu- lierten Schallsignalen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodulierten Schallsignalen, bei dem die Schallsignale von einem Schallwandler ausgesandt und die von einem Objekt zurückgeworfenen Schallsignale vom Schallwandler empfangen werden und bei dem von einer dem Schallwandler nachgeschalteten Steuereinheit die Laufzeit der Schallsignale bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 43 38 743 Al bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird mithilfe von Ultraschallsensoren die Entfernung zwischen dem Ultraschallsensor und einem zu erfassenden Objekt bestimmt. Zu diesem Zweck werden vom Ultraschallsensor Ultraschallsignale ausgesandt, die vom Objekt zum Ultraschallsensor zurückgeworfen werden. Mithilfe einer dem Ultraschallsen- sor nachgeschalteten Steuereinheit, kann die Laufzeit des Ultraschallsignals bestimmt und daraus die Entfernung zwischen Ultraschallsensor und Objekt ermittelt werden. Die Stärke des empfangenen Ultraschallsignals hängt dabei wesentlich von den Umgebungsbedingungen ab. Insbesondere die Dämp- fung von Ultraschall in Luft führt zu einer erheblichen Reduktion des empfangbaren Ultraschallsignals. Die Dämpfung in Luft kann soweit führen, dass das empfangene Ultraschallsignal im elektrischen oder auch akustischen Rauschen untergeht. Das akustische Rauschen kann beispielsweise durch Bodenrefle- xion hervorgerufen werden.
Die Dämpfung von Ultraschall in Luft hängt im Wesentlichen von der Lufttemperatur und der Luftfeuchte ab. Auch die Schallgeschwindigkeit ist wesentlich von der Lufttemperatur bestimmt. Aus diesen Gründen ist es erforderlich, die Funktionsweise des Ultraschallsensors und der nachgeschalteten Steuereinheit an die Umgebungsbedingungen anzupassen. Zur Er- fassung der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Luftdämpfung und der Schallgeschwindigkeit, wird bei dem bekannten Verfahren durch die teilweise Reflexion von Ultraschallsignalen an einer feststehenden Markierung ein Signal gewonnen, dessen Amplitude ein Maß für die Empfindlichkeit des Ultra- schallsensors ist. Da die Entfernung zwischen dem Ultraschallsensor und der Markierung bekannt ist, lässt sich aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals ein Wert bestimmen, der ein Maß für die Lufttemperatur ist.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung ist, dass eine geeignete feststehende Markierung vorhanden sein muss. Insbesondere dürfen die von der Markierung zurückgeworfenen Ultraschallsignale die von einem zu erfassenden Objekt zurückgeworfenen Ultraschallsignale nicht überdecken.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich Distanzmessungen mit Ultra- schall auch bei schwankenden Umgebungsbedingungen durchführen lassen .
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Bei der Vorrichtung und dem Verfahren wird ein vom Schallwandler erzeugtes Ausgangssignal in eine Zeitreihe von Mess- werten gewandelt, die zur Detektion von Objektsignaturen, die auf vom Objekt zurückgeworfenen Schallsignalen beruhen, auf das Überschreiten von Objektgrenzwerten überprüft werden, die den Messwerten zugeordnet und an den Rauschpegel der Messwer- te dynamisch angepasst werden. Dadurch ist es möglich, die Objekterkennung an veränderte Umgebungsbedingungen anzupassen. Denn eine Veränderung der Luftdämpfung macht sich durch eine Änderung des Rauschniveaus bemerkbar. Insbesondere bei geringer Luftdämpfung müssen die Objektgrenzwerte aufgrund des ausgeprägten Bodenrauschens nach oben verschoben werden, während bei höherer Luftdämpfung die Objektgrenzwerte aufgrund des niedrigen Signalpegels eines vom Objekt zurückgeworfenen Schallsignals und des schwachen Bodenrauschens nach unten verschoben werden müssen. Indem die Grenzwerte, die zur Überprüfung der Messwerte herangezogen werden, an den aktuellen Rauschpegel angepasst werden, ist es möglich, die Erkennung von Objektsignaturen an die aktuelle Luftdämpfung anzupassen, ohne dass Messungen an einer feststehenden Markierung durchgeführt werden müssen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Grenzwerte auf einer Zeitskala angepasst, die kleiner als die Zeitskala bei der Veränderung von Objektsignaturen ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Objektsignaturen als Rauschsignale gewertet werden, an die die Grenzwerte angepasst werden müssen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jedem Messwert ein Objektgrenzwert und ein Rauschgrenzwert zugeord- net, die jeweils auf einem Referenzwert bezogen sind. Falls ein Messwert den Objektgrenzwert überschreitet, wird dieses Ereignis als Detektion eines Objekts gewertet. Falls der Messwert unterhalb des Objektgrenzwerts aber oberhalb des Rauschgrenzwerts liegt, wird der Referenzwert erhöht. Der Re- ferenzwert kann dagegen abgesenkt werden, wenn der Messwert unterhalb des Rauschgrenzwerts liegt. Auf diese Weise werden besonders starke Signale, die auf ein zu erfassendes Objekt zurückgehen, erkannt und die zur Detektion herangezogenen Objektgrenzwerte dynamisch an die aktuelle Luftdämpfung ange- passt. Vorzugsweise erfolgt die Absenkung des Referenzwertes mit einer vorbestimmten Verzögerung, so dass das Risiko von Fehlde- tektionen gering bleibt.
Die Verzögerung der Absenkvorgänge wird vorzugsweise mithilfe von Alterungszählern bewerkstelligt, die den einzelnen Messwerten zugeordnet sind. Insbesondere wird ein Referenzwert, der einem Messwert zugeordnet ist, nur dann abgesenkt, wenn der dem Messwert zugeordnete Alterungszähler eine vorbestimm- te Altersgrenze übersteigt. Ferner wird der Alterungszähler nur dann erhöht, wenn der Referenzwert bei der Überprüfung der Referenzwerte gleich bleibt. Umgekehrt bleibt der Zählerstand des Alterungszählers unverändert oder wird verkleinert, wenn eine Anpassung des Referenzwerts erfolgt. Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass die Referenzwerte tendenziell abgesenkt und an das aktuelle Rauschniveau angepasst werden. Die Erhöhung der Referenzwerte erfolgt dagegen ereignisgesteuert immer dann, wenn die Messwerte oberhalb des Rauschgrenzwerts zu liegen kommen. Ein ansteigender Rauschpe- gel drückt daher die Referenzwerte und damit den Objektgrenzwert und den Rauschgrenzwert nach oben, während ein absinkender Rauschpegel dazu führt, dass der Referenzwert und damit der Objektgrenzwert und der Rauschgrenzwert dem Rauschpegel folgend absinken.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschallsensors;
Figur 2 ein Diagramm, in das der Verlauf eines Messsignals sowie der Verlauf von den Messwerten zugeordneten Referenzwerten, Rauschgrenzwerten und Objektgrenzwerten sowie eine Verstärkungskurve eingetragen sind; Figur 3 ein Figur 2 entsprechendes Diagramm zu einem späteren Zeitpunkt;
Figur 4 ein Flussdiagramm, in dem die bei der Detektion von Objekten durchgeführten Verfahrensschritte dargestellt sind;
Figur 5 einen ersten Teil eines Flussdiagramms, das die Anpassung der Referenzwerte zeigt; und
Figur 6 den zweiten Teil des Flussdiagramms aus Figur 5.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Abstandssensors 1, der einen Ultraschallwandler 2 aufweist, der Ultraschallpulse 3 aussenden kann. Von einem Objekt 4 zurückgeworfene Ultraschallpulse 5 können ebenfalls vom Ultraschallwandler 2 er- fasst werden. Die vom Ultraschallwandler 2 erzeugten Eingangssignale 6 werden einem Filter 7 zugeführt. Der Filter 7 erzeugt ein Amplitudensignal 8, das einem Analog-Digital- Wandler 9 zugeführt wird, der aus dem Amplitudensignal 8 eine Messwertreihe 10 erzeugt, die einem MikroController 11 zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Der MikroController 11 vergleicht insbesondere die in der Messwertreihe 10 enthaltenen Messwerte mit in einer Speichereinheit 12 abgespeicherten Referenzwerten 13. Dabei werden diejenigen Messwerte identifiziert, die auf einer Reflexion der Ultraschallsignale am Objekt 4 beruhen.
Der MikroController 11 beaufschlagt ferner einen Oszillator 14 mit Steuersignalen 15. Durch die Steuersignale 15 wird der Oszillator 14 veranlasst, Ausgangssignale 16 an den Ultraschallwandler 2 auszugeben. Da dem MikroController 11 der Aussendezeitpunkt des Ausgangssignals 16 bekannt ist, kann aus dem Zeitabstand zwischen Aussendezeitpunkt, zu dem der Ultraschallpuls 3 ausgesandt wird, und dem Empfangszeitpunkt, zu dem der am Objekt 4 zurückreflektierte Ultraschallpuls 5 empfangen wird, die Laufzeit der Ultraschallpulse 3 und 5 bestimmt und bei bekannter Schallgeschwindigkeit der Abstand des Objekts 4 zum Ultraschallwandler 2 ermittelt werden. Der vom MikroController 11 berechnete Abstandswert kann dann über einen Bus 17 an eine übergeordnete Steuereinheit, zum Beispiel an einen Bordcomputer 18 eines Kraftfahrtzeugs, über- tragen werden.
Es sei angemerkt, dass der Ultraschallwandler 2 eine einzelne Wandeleinheit umfassen kann, mit der sich die Ultraschallpulse 3 aussenden und die zurückgeworfenen Ultraschallpulse 5 empfangen lassen. Anstelle des Ultraschallwandlers 2 kann jedoch auch ein Ultraschallwandler treten, der jeweils eine zum Aussenden der Ultraschallpulse 3 vorgesehene Sendeeinheit und eine zum Empfang der zurückgeworfenen Ultraschallpulse 5 vorgesehene Empfangseinheit 5 aufweist.
Figur 2 zeigt ein Zeitdiagramm, in dem eine Messwertreihe 10 dargestellt ist. Das in Figur 2 dargestellte Zeitdiagramm ist aus einer Messserie herausgegriffen und trägt die Nummer 50. Insbesondere sind in Figur 2 Spannungswerte U gegen äquiva- lente Entfernungswerte d aufgetragen. Zu Beginn der Messwertreihe 10 ist der Ultraschallpuls 3 erkennbar. Bei Laufzeiten entsprechend einer Entfernung von 1 bis 4 Metern erscheint ein ausgeprägtes akustisches Rauschsignal 19, das beispielsweise durch Reflexion am Boden hervorgerufen wird. Bei Lauf- zeiten entsprechend einer Entfernung von 4,2 Metern erscheint der am Objekt 4 zurückreflektierte Ultraschallpuls 5, der de- tektiert werden soll. Zu diesem Zweck ist jedem Messwert 20 ein Referenzwert 13 zugeordnet. Die Referenzwerte 13 liegen in Figur 2 auf einer Referenzwertkurve 21. Oberhalb der Refe- renzwertkurve 21 verläuft eine Rauschgrenzwertkurve 22, oberhalb der sich eine Objektgrenzwertkurve 23 erstreckt. Die Objektgrenzwertkurve 23 und die Rauschgrenzwertkurve 22 sind jeweils um einen vorbestimmten Betrag gegenüber der Referenzwertkurve 21 versetzt. Die Referenzwertkurve 21 stellt somit eine gemeinsame Bezugsgröße für die Rauschgrenzwertkurve 22 und die Objektgrenzwertkurve 23 dar. Die Lage der Referenzwertkurve 21 wird jeweils durch die Lage der Messwerte 20 bezüglich der Rauschgrenzwertkurve 22 bestimmt. Nach der Aufnahme der Messwertreihe 10 wird zunächst überprüft, ob in der Messwertreihe 10 ein Signalverlauf feststellbar ist, der auf den zurückgeworfenen Ultraschallpuls 5 hindeutet. Insbesondere wird überprüft, ob Messwerte 20 der Messwertreihe 10 die Objektgrenzwertkurve 23 überschreiten. Falls dies der Fall ist, wird der entsprechende Messwert 20 dem Ultraschallpuls 5 zugeordnet. Nachdem die Suche nach dem Ultraschallpuls 5 abgeschlossen worden ist, wird die Refe- renzwertkurve 21 überprüft. Zu diesem Zweck wird die Lage der Messwerte 20 bezüglich der Rauschgrenzwertkurve 22 ermittelt. Wenn ein Messwert 20 oberhalb der Rauschgrenzwertkurve 22 zu liegen kommt, wird die Referenzwertkurve 21 erhöht. Anderenfalls wird die Referenzwertkurve 21 beibehalten oder abge- senkt. Eine Absenkung wird insbesondere dann vorgenommen, wenn die Referenzwertkurve 21 über mehrere Messzyklen hinweg unverändert belassen wurde.
Es sei angemerkt, dass das Diagramm gemäß Figur 2 auch eine Verstärkungskurve 24 enthält, die die Verstärkung G des Eingangssignals 6 in Abhängigkeit von der Entfernung zeigt. Wegen der Luftdämpfung müssen Ultraschallpulse 5, die von weit entfernten Objekten 4 zurückgeworfen werden, stärker verstärkt werden, als Ultraschallpulse 5, die von nahe gelegenen Objekten 4 reflektiert werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres Diagramm, dessen Messwertreihe 10 im Vergleich zum Diagramm gemäß Figur 2 einige Messzyklen später aufgenommen worden ist. Dementsprechend trägt das Dia- gramm gemäß Figur 3 die Nummer 148.
In den Messzyklen, die zwischen den in Figur 2 und Figur 3 dargestellten Messzyklen liegen, ist der Ultraschallpuls 5, der von nahe gelegenen Objekten 4 reflektiert wird, nicht aufgetreten. Zu dem in Figur 3 dargestellten Zeitpunkt tritt der Ultraschallpuls 5 erneut auf. Diese Situation kann beispielsweise eintreten, wenn das mit dem Abstandsensor 1 ver- sehene Fahrzeug an einer Reihe von entlang einer Fahrbahn angeordneten Pfosten entlangfährt.
Im Vergleich zu dem in Figur 2 dargestellten Zeitpunkt hat sich der Abstand zwischen dem Objekt 4 und dem Ultraschallwandler 2 zu dem in Figur 3 dargestellten Zeitpunkt bereits etwas verringert. Dementsprechend ist der Ultraschallpuls 5 etwas zu kleineren Abständen hin gewandert und weist im Vergleich zu dem Ultraschallpuls 5 aus Figur 2 eine etwas höhere Signalstärke auf. Außerdem liegen die dem Ultraschallpuls 5 zugeordneten Messwerte 20 oberhalb der Objektgrenzwertkurve 23, die im Vergleich zur Objektgrenzwertkurve 23 aus Figur 2 im Bereich des Ultraschallpulses 5 alterungsbedingt deutlich abgesenkt worden ist, so dass der Ultraschallpuls 5 detek- tiert werden kann.
Die vom MikroController 11 ausgeführten Verfahrensschritte zur Detektion des Ultraschallpulses 5 sowie zur Anpassung der Referenzwertkurve 21 seien im Folgenden anhand der Figuren 4 bis 6 näher erläutert.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines vom MikroController 11 ausgeführten Programms usISR zur Ermittlung der Ultraschallpulse 5. Das Programm usISR umfasst einen anfänglichen Pro- grammteil, in dem hier nicht im Einzelnen beschriebene Verfahrensschritte ausgeführt werden. Beispielsweise können die Werte der aktuellen Referenzwertkurve 21 aus der Speichereinheit 12 ausgelesen werden. Auf den anfänglichen Programmteil 25 erfolgt ein Überprüfungsschritt 26, in dem überprüft wird, ob der i-te Messwert 20 größer als ein zugeordneter Referenzwert 13 der Referenzwertkurve 21 zuzüglich eines Offsets GUT ist. Wenn dies nicht der Fall ist, werden Verfahrensschritte 27 ausgeführt, die ausgeführt werden müssen, wenn der Ultraschallpuls 5 in der Messwertreihe 10 nicht ermittelt worden ist. Die Verfahrensschritte 27 sind in Figur 4 nicht im Einzelnen dargestellt. Im Rahmen dieser Verfahrensschritte 27 kann beispielsweise der Zähler i für die Messwerte 20 inkre- mentiert werden. Im Ergebnis werden die Verfahrensschritte 27 ausgeführt, wenn das Objekt 4 nicht gefunden wird (= kein Ziel gefunden) .
Falls dagegen der i-te Messwert 20 größer als der zugeordnete Referenzwert 13 zuzüglich eines Offsets GUT ist, werden Verfahrensschritte 28 ausgeführt, die in Figur 4 ebenfalls nicht im Einzelnen dargestellt sind. Diese Verfahrensschritte 28 stehen im Zusammenhang mit der Erfassung des Ultraschallpulses 5 und können beispielsweise Verfahrensschritte umfassen, mit denen der Abstand zwischen dem Ultraschallwandler 2 und dem Objekt 4 festgestellt wird. Im Ergebnis werden daher die Verfahrenschritte 28 ausgeführt, wenn das Objekt 4 gefunden wird (= Ziel gefunden) .
Den Verfahrensschritten 27 und 28 folgt schließlich ein abschließender Programmteil 29, dessen Verfahrensschritte ebenfalls nicht im Einzelnen dargestellt sind.
In den Figuren 5 und 6 ist ein Ablaufdiagramm einer Prozedur eines Computerprogramms dargestellt, das vom MikroController 11 ausgeführt wird und der Überprüfung und Anpassung der Referenzwertkurve 21 dient. Die Übergänge zwischen dem in Figur 5 dargestellten Teil des Ablaufdiagramms und dem in Figur 6 dargestellten Teil des Ablaufdiagramms werden dabei durch die Sprungmarkierungen "Schleife", "Alterung" und "Ende" markiert .
Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Prozedur usAdap- tivTrigger () beginnt mit einer Schleifenabfrage 30, mit der die einzelnen Messwerte 20 der Messwertreihe 10 abgearbeitet werden. Der Schleifenabfrage 30 folgt ein Überprüfungsschritt 31, in dem überprüft wird, ob der jeweilige Messwert 20, insbesondere der Messwert WERT[i] größer als die Summe eines zugeordneten Referenzwerts REFERENZ [i] mit einem Offset ANPASSUNG ist. Falls der Messwert WERT[i] kleiner als die
Summe des zugeordneten Referenzwerts REFERENZ [i] und des Off- sets ANPASSUNG ist, wird, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben, ein Alterungszähler inkrementiert . Anderenfalls folgt ein weiterer Überprüfungsschritt 32, in dem festgestellt wird, ob es sich bei dem Messwert WERT[i] um ein lokales Maximum handelt. Falls es sich bei dem Messwert WERT[i] um kein lokales Maximum handelt, wird der Alterungszähler in- krementiert. Falls es sich dagegen um ein lokales Maximum handelt, wird in einem weiteren Überprüfungsschritt 33 überprüft, ob der Messwert WERT[i] kleiner als die Summe eines zugeordneten Referenzwerts REFERENZ [i] und eines Offsets STARK ist und ob der aktuelle zugeordnete Referenzwert REFERENZ [i] kleiner einem Maximalwert MAX ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Alterungszähler wie bei den beiden vorhergehenden Überprüfungsschritten 31 und 32 inkremen- tiert .
Durch die Überprüfungsschritte 31 bis 33 wird sichergestellt, dass nur dann eine Anpassung der Referenzwertkurve 21 stattfindet, wenn sich ein Messwert WERT[i] in einem Wertebereich zwischen REFERENZ [i] plus ANPASSUNG und REFERENZ [i] plus STARK befindet, da der Offset STARK in der Regel größer als der Offset ANPASSUNG ist. Außerdem wird durch den Überprüfungsschritt 32 bewirkt, dass die Adaption der Referenzwertkurve 21 nur für lokale Maxima der Messwertreihe 10 durchgeführt wird.
Dem Überprüfungsschritt 33 folgt eine Schleifenabfrage 34, durch die ein Bereich um den aktuellen Messwert WERT[i], nämlich sämtliche Messwerte 20 zwischen j=i-GRENZE und j=i+GRENZE abgearbeitet werden. Innerhalb der Schleife befindet sich ein Überprüfungsschritt 35, in dem überprüft wird, ob der benachbarte Grenzwert REFERENZ[J] kleiner der Summe des zentralen Referenzwerts REFERENZ [i] und einem Offset ANPASSUNG_WERT ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Alterungszähler inkrementiert . Anderenfalls wird der benachbarte Referenzwert REFERENZ[J] um den Wert ANPASSUNG_WERT er- höht und der zugeordnete Referenzzähler REFERENZ_ALTER [ j ] auf Null zurückgesetzt. Letzteres erfolgt in einem Erhöhungsschritt 36. Es sei angemerkt, dass der Erhöhungsschritt beim zentralen Messwert WERT[i] unabhängig vom Ergebnis des Überprüfungsschritts 35 erfolgt.
In Figur 6 ist die Alterung der Referenzwerte dargestellt. In einem ersten Überprüfungsschritt 37 wird festgestellt, ob das Referenzalter REFERENZ_ALTER [i] ein Höchstalter ALTERUNG_ZYKLUS überschritten hat. Falls dies nicht der Fall ist, wird das Referenzalter REFERENZ_ALTER [i] in einem Inkre- mentierungsschritt 38 inkrementiert . Anderenfalls erfolgt ein weiterer Überprüfungsschritt 39, in dem überprüft wird, ob vom Referenzwert REFERENZ [i] der Betrag ALTERUNG_DEKREMENT abgezogen werden kann, ohne dass ein Minimalwert für den Referenzwert REFERENZ [i] unterschritten wird. Falls dies doch der Fall sein sollte, wird in einem Verfahrensschritt 40 das Referenzalter REFERENZ_ALTER [i] gleich Null gesetzt und der Referenzwert REFERENZ [i] auf den Minimalwert gesetzt. Anderenfalls wird in einem weiteren Verfahrensschritt 41 vom Referenzwert REFERENZ [i] der Betrag ALTERUNG_DEKREMENT abgezo- gen und das Referenzalter REFERENZ_ALTER [i] auf Null zurückgesetzt .
Es sei angemerkt, dass die Verfahrensparameter ANPASSUNG, STARK, ANPASSUNG_WERT, ALTERUNG_ZYKLUS und ALTERUNG_DEKREMENT sowie MIN, MAX und GRENZE auch vom Messwertindex i abhängen können, so dass für unterschiedliche Entfernungen unterschiedliche Parameter gelten.
Weiterhin können die Offsets ANPASSUNG, STARK und GUT auch durch Faktoren ersetzt werden, mit denen der zugeordnete Referenzwert der Referenzwertkurve 21 oder die Messwerte 20 der Messwertreihe 10 multipliziert werden. Daneben ist es auch möglich, die Anpassungsfaktoren auf die Differenz zwischen Referenzwert REFERENZ [i] und dem zugeordneten Messwert WERT[i] anzuwenden. Es ist zu erwarten, dass dadurch die Adaption an das Rauschniveau mit größerer Genauigkeit gelingt. Allerdings sind dann Berechnungen mit Gleitkommazahlen nötig, die in MikroControllern 11 zu erheblichen Rechenzeiten führen .
Die hier beschriebene Vorrichtung und das hier beschriebene Verfahren weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Bei der Vorrichtung und dem Verfahren werden ausschließlich die Eigenschaften der Messwertreihe 10 zur Bestimmung der Referenzwertkurve 21 herangezogen. Insofern kann auf weitere Sensoren zur Bestimmung der Luftdämpfung verzichtet werden. Ferner findet eine Anpassung der Referenzwertkurve 21 an die tatsächlichen Umweltbedingungen unabhängig von deren Zustandekommen statt. Ein weiterer Vorteil ist, dass das erzielbare Signal-Rausch-Verhältnis optimal ausgenutzt wird, da die Werte der Referenzwertkurve 21 immer nur so hoch wie aktuell nö- tig eingestellt werden. Daher braucht auch kein Sicherheitsabstand für eventuell schlechtere Umweltbedingungen eingehalten zu werden. Infolgedessen können auch große Reichweiten erzielt werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entfernungsbestimmung mithilfe von pulsmodulierten Schallsignalen (3, 5) , bei dem die Schallsignale (3) von einem Schallwandler (2) ausgesandt und die von einem Objekt (4) zurückgeworfenen Schallsignale (5) vom Schallwandler (2) empfangen werden und bei dem von einer dem Schallwandler (2) nachgeordneten Steuereinheit (11) die Laufzeit der Schallsignale (3, 5) bestimmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein vom Schallwandler (2) erzeugtes Eingangssignal (6) in eine Zeitreihe (10) von Messwerten (20) gewandelt wird, die zur Detektion einer Objektsignatur, die auf vom Objekt (4) zurückgeworfenen Schallsignalen (5) beruht, auf das Überschrei- ten von Objektgrenzwerten (23) überprüft werden, die den
Messwerten (20) zugeordnet werden und die an die Rauschpegel der Messwerte (20) dynamisch angepasst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Grenzwerte mit einer Zeitkonstanten an den Rauschpegel der Messwerte (20) angepasst werden, die größer als die Zeitkonstante für das Auftreten von Objektsignaturen in der Zeitreihe (10) von Messwerten (20) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Anpassung der Objektgrenzwerte (23) mithilfe von unterhalb der Objektgrenzwerte liegenden Rauschgrenzwerten (22) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Objektgrenzwerte (23) und die Rauschgrenzwerte (22) auf gemeinsame Referenzgrenzwerte bezogen werden und dass die Referenzgrenzwerte (21) mithilfe von Rauschgrenzwerten (22) an den Rauschpegel der Messwerte (20) angepasst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Objektgrenzwert (23) erhöht wird, wenn ein zugeordneter Messwert (20) oberhalb eines zugeordneten Rauschgrenzwerts (22) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Objektgrenzwert (23) abgesenkt wird, wenn ein zugeordne- ter Messwert (20) unterhalb eines zugeordneten Rauschgrenz¬ werts (22) liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Objektgrenzwert (23) abgesenkt wird, wenn ein Alterungs¬ zähler eine vorbestimmte Altersgrenze erreicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein einem Messwert (20) zugeordneter Alterungszähler erhöht wird, wenn der Objektgrenzwert (23) bei seiner Überprüfung unverändert belassen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Alterungszähler zurückgesetzt wird, wenn der Objektgrenzwert (23) verändert wird.
10. Vorrichtung zur Entfernungsbestimmung mithilfe von puls- modulierten Schallsignalen (3, 5) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
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