FR2995087A1

FR2995087A1 - Capteur a ultrasons d'un systeme de mesure de distance equipant un vehicule

Info

Publication number: FR2995087A1
Application number: FR1358303A
Authority: FR
Inventors: Jing Cai; Dirk Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-03-07
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: FR2995087B1; DE102012215493B4; CN103675822A; DE102012215493A1; CN103675822B; GB2505570B; GB2505570A; GB201315478D0

Abstract

Capteur à ultrasons pour un système de mesure de distance (10) installé à bord d'un véhicule et comprenant un capteur de température (2), le capteur de température (2) mesure la température du capteur à ultrasons (1).

Description

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un capteur à ultra- sons son, un système de mesure de distance équipant un véhicule. De façon générale, l'invention se rapporte à des systèmes à ultrasons tels que ceux utilisés pour les systèmes d'aide aux manoeuvres de station- nement. Etat de la technique Le fonctionnement des capteurs à ultrasons repose fré- quemment sur le principe d'un lot d'échos, c'est-à-dire que les capteurs fonctionnent à la fois comme émetteur et comme récepteur. Un appareil de commande fournit l'ordre d'émettre au capteur à ultrasons (capteur émetteur/récepteur). D'autres capteurs en combinaison, voisins, non commandés fonctionnent pendant ce temps en récepteurs. La mesure de la distance se fait selon le principe de la réflexion. Le trajet parcouru par le signal ultrasons correspond au double de la distance entre le capteur et un éventuel obstacle qui réfléchit les signaux ultrasons émis. Dans le capteur on compare l'amplitude du signal analo- gique à un seuil (seuil de comparaison). Si le signal de réflexion corres- pondant à un signal analogique est inférieur au seuil, alors le signal numérique est égal à l'alimentation tension du capteur (niveau haut). Si en revanche le signal analogique dépasse le seuil du comparateur, le signal numérique passe à la masse du capteur (niveau bas). A partir de ce changement de niveau de tension, on constate la réception de l'écho.

Le seuil de comparaison des capteurs se règle en fonction de la sensibilité du capteur et en fonction du temps de parcours de l'écho. Cela est nécessaire pour tenir compte de la diminution de l'amplitude du signal d'écho en fonction de l'augmentation du trajet parcouru grâce à une plus grande sensibilité à la détection. L'évolution de la sensibilité en fonction du temps est décrite comme courbe caracté- ristique enregistrée dans le système. Cette évolution peut être programmé par l'appareil de commande dans les capteurs et être modifiée à la demande. De façon connue, la sensibilité du capteur à ultrasons dépend fortement de la température ambiante et de l'humidité. Ces deux grandeurs influencent l'absorption du son dans l'environnement et réduisent ainsi considérablement l'amplitude du signal d'écho. Pour que la sensibilité soit constante indépendamment de ces grandeurs, on utilise actuellement un signal de température de l'air fourni par le véhicule (par exemple à partir de la commande du moteur ou par un instrument combiné) qui est transmis par de bus signal (par exemple le bus CAN ou le bus LIN) à l'appareil de commande des manoeuvres de stationnement. Pour l'humidité de l'air, jusqu'à quelques exceptions, il n'est pas connu d'utiliser un capteur du véhicule de série. Si une cer- taine plage de température est signalée par le capteur de la température de l'air, l'appareil de commande sélectionne la courbe caractéristique correspondante enregistrée dans l'appareil de commande et programme les capteurs à ultrasons. En particulier, pour des temps d'écho, long (par exemple pour une portée maximale d'environ 4,5 m) un tel asser- vissement de la sensibilité du capteur en fonction de la température de l'air par le résultat de l'exploitation est acceptable. Toutefois le signal de température déterminé de manière centrale et qui est fourni par le bus CAN du véhicule est normalement seulement une valeur indicative de la température de l'air extérieur qui est traitée par filtrage et hystérésis par d'autres appareils de commande. De plus, la sensibilité du capteur à ultrasons dépend non seulement de la température de l'air mais également de la température du capteur à ultrasons ou de son convertisseur, et lui-même dépendant de la température car certains composants du capteur en dépendent eux-mêmes. Selon l'état de la technique, pour la sélection d'une courbe caractéristique appropriée par l'appareil de commande, on suppose que les capteurs à ultrasons sont sensiblement à la même température que celle de l'air ambiant. Toutefois, pour une température continue de l'air am- biant et pour des temps de fonctionnement prolongés du moteur, les capteurs installés à proximité du moteur sont plus chauds que ceux qui se trouvent sur le côté frais du véhicule, loin du moteur. Un circuit de commutation de courbes caractéristiques à partir des mesures de température de l'air, connues ne pourra pas tenir compte de la température variable du capteur dans ces conditions. Ainsi la sensibilité des cap- teurs plus chauds sera réduite considérablement sans que cela ne soit compensé par le choix d'une courbe caractéristique appropriée. C'est pourquoi, par exemple, la plage de détection sera réduite par la variation de la température du capteur pour une caractéristique de sensibilité inchangée, pour passer de 1 m à 80 cm pour un obstacle en forme de poteau rond si le capteur est chauffé de 40°. L'effet sur la sécurité de conduite est évident. Lorsque le véhicule circule en hiver sortant d'un garage chauffé, les systèmes connus qui tiennent uniquement compte de la température de l'air ambiant risquent de fournir des mauvais résultats. Après une telle chute de la température de l'air, les systèmes de l'état de la technique utiliseraient inévitablement une caractéristique plus sensible. Mais comme, les capteurs se refroidissent seulement de manière retardée lorsqu'on quitte un garage chauffé, leur sensibilité ne diminue que lentement. Du fait de la courbe caractéristique choisie en fonction de la température ambiante, de nombreux échos parasites sont reçu à cause de la sensibilité excessive des capteurs. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux incon- vénients des capteurs connus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un capteur à ultrasons pour un système de mesure de distance installé à bord d'un véhicule et comprenant un capteur de température qui mesure la température du capteur à ultrasons. Un capteur à ultrasons selon la présente invention est un dispositif émettant des signaux ultrasons vers l'environnement et rece- vant de tels signaux pour les transformer en signaux électriques. Dans ces conditions un capteur à ultrasons selon l'invention est un émetteur-récepteur d'ultrasons. Le système de mesure de distance embarqué dans un vé- hicule peut comporter un ou plusieurs tels capteurs à ultrasons pour informer l'utilisateur du système, c'est-à-dire le conducteur du véhicule par des moyens optiques et/ou acoustiques de la distance entre son véhicule et les objets de l'environnement. De façon préférentielle, un capteur à ultrasons selon l'invention s'applique à un système de pilo- tage de stationnement pour exploiter des signaux de mesure de dis- tance, commander automatiquement les mouvements du véhicule et les contrôler. Selon l'invention le capteur à ultrasons qui est par exemple intégré dans le pare-choc d'un véhicule comporte un capteur de température. Le capteur de température mesure la température du capteur à ultrasons et fournit des résultats d'exploitation de la température du capteur d'ultrasons. Le capteur de température selon l'invention se distingue des dispositifs de l'état de la technique en ce qu'il ne me- sure pas la température de l'air dans l'environnement du véhicule mais la température d'au moins un composant du capteur à ultrasons comme par exemple celle du transducteur de son et/ou d'autres composants exploitant et traitant les signaux d'ultrasons. De façon préférentielle, le capteur d'ultrasons comporte une jonction PN. La jonction PN, par exemple sous la forme d'un semi- conducteur, (tel qu'une diode et/ou un transistor) est alimentée en énergie électrique par un courant constant ou une tension constante de sorte que sa conductivité dépendant de la température permet par des grandeurs d'état, de conclure à sa température. De façon préférentielle, la jonction PN fait partie d'un circuit ASIC (circuit intégré dédié à une application) et qui génère et/ou exploite des signaux de capteur à ultrasons et/ou effectue une communication bus avec l'environnement du véhicule. Suivant une autre caractéristique préférentielle, le cap- teur à ultrasons a une caractéristique de sensibilité dépendant de la température et avec laquelle on fixe des seuils pour reconnaître un écho dans un signal de capteur. En fonction de la température, on fixe ainsi le niveau d'écho global associé, comme seuil au-dessus duquel on estime qu'il y a un écho dans le signal du convertisseur. En variante ou en plus, on a un champ de caractéristiques dans lequel on prédéfinit un ensemble de seuils en fonction de la fréquence et de la température du capteur d'ultrasons ou de ses composants. La courbe caractéristique de sensibilité ou le champ de caractéristiques peuvent être enregistrés dans la mémoire du capteur à ultrasons et/ou être envoyés lorsqu'un certain niveau de température est signalé, au capteur à ultrasons par un appareil de commande. Pour cela, l'appareil de commande comporte une mémoire qui contient l'enregistrement de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques. Alors que la première possibilité se fait avec un échange de données, faible sur le système de bus, la se- conde possibilité réduit les capacités de mémoire réservées dans les capteurs d'ultrasons. De façon préférentielle, un capteur d'ultrasons selon l'invention comporte aussi un capteur de température qui détermine la température de l'air ambiant et transmet l'information pour son traite- ment. En variante ou en plus, le capteur de température du capteur à ultrasons peut déterminer à la fois la température des composants du capteur à ultrasons et aussi une grandeur de mesure représentant la température de l'air ambiant. A titre d'exemple, un tel capteur à une première tête de capteur tournée vers la surface du capteur à ultrasons qui détermine la température de l'air ambiant ainsi qu'une seconde tête de capteur ou zone de capteur dans le capteur à ultrasons qui détermine la température des composants du capteur à ultrasons. Cela offre de nombreuses possibilités de rendre plausible les valeurs de températures détermi- nées, les unes par rapport aux autres et de prévoir des développements futurs de la température du capteur à ultrasons. Suivant une caractéristique préférentielle, le capteur à ul- trasons selon l'invention comporte une interface de communication qui fournit la température du capteur à ultrasons et/ou celle de composant dans sa combinaison avec le véhicule. Cette transmission peut se faire par fil ou sans fil. L'interface de communication utilise pour cela la modulation par impulsions codées et/ou la modulation par largeur d'impulsions pour le codage des informations. Les deux procédés de communication offrent un grand degré de sécurité vis-à-vis de la per- turbation des signaux dans le milieu de communication respectif. Le capteur à ultrasons envoie, dans un intervalle de temps prédéfini (mode cyclique), un jeu de données représentant la température actuelle ou en réponse à une variation de la température d'une certaine amplitude, il lance une telle communication. Cela permet de commander la communication des données dans le canal de com- munication en fonction des évènements et d'éviter tout échange inutile de données. En particulier, le canal de communication utilisé est un bus CAN (réseau de contrôle de zone) dont l'interface de communication comporte un contrôleur CAN. Comme le bus CAN est un standard de communication très diffusé dans le secteur automobile, il offre un fort degré de potentiel d'intégration et d'économie pour l'utilisation de capteur à ultrasons selon l'invention avec des interfaces CAN. Un autre standard de communication diffusé dans le sec- teur automobile est le réseau ou bus LIN (réseau d'interconnexion lo- cale). Une telle interface de bus convient également très bien comme canal de communication économique entre un appareil de commande et des capteurs à ultrasons. Selon un autre développement, l'invention se rapporte à un système de mesure de distance comportant un appareil de com- mande pour exploiter les signaux de distance ainsi qu'un ou plusieurs capteurs à ultrasons comme ceux développés ci-dessus. Le système de mesure de distance selon l'invention com- porte également un canal de communication entre l'appareil de com- mande et le capteur à ultrasons pour transmettre les signaux de mesure de distance et/ou de température et notamment la température des capteurs. En d'autres termes, l'appareil de commande fournit d'une part des signaux ultrasons à émettre et d'autre part il exploite les échos reçus. En variante ou en plus, les capteurs à ultrasons utilisés compor- tent également une logique d'exploitation de façon à émettre des si- gnaux numériques définitifs interprétés, par le canal de communication vers l'appareil de commande. Selon l'invention, le canal de communication transmet également des informations ou des signaux concernant la température du capteur et/ou la température de l'air ambiant vers l'appareil de commande et, le cas échéant, des courbes caractéristiques enregistrées dans l'appareil de commande par le canal de communication vers les capteurs à ultrasons selon l'invention pour en assurer le calibrage. Un système de mesure de distance ainsi réalisé offre une plus grande ro- bustesse au capteur à ultrasons utilisé, pour les variations de sensibilité dépendant de la température. Selon un autre développement, l'invention a également pour objet un véhicule équipé d'un capteur à ultrasons tel que dévelop- pé ci-dessus ou d'un tel système de mesure de distance. Ce véhicule offre un degré de sécurité de conduite très poussé pour les collisions avec des obstacles et/ou des personnes dans l'environnement du véhicule en tenant bien compte des variations de sensibilité dépendant de la température.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un capteur à ultrasons représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un capteur à ultrasons selon l'invention explicitant cer- tains des composants du capteur. - La figure 2 est très schématiquement un exemple de réalisation d'un système de mesure de distance selon l'invention. - La figure 3 est un montage électrique d'un exemple de réalisation de l'invention pour la mesure de la température dans un capteur à ultrasons. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est un schéma d'un capteur à ultrasons 1 équipé d'un capteur de température 2 selon l'invention avec un micro- contrôleur 3 comme unité d'exploitation des signaux d'ultrasons et de température. Le microcontrôleur 3 comporte en outre une mémoire 4 pour enregistrer des courbes caractéristiques et des champs de caractéristiques pour le calibrage du capteur à ultrasons selon différentes valeurs de températures. Une interface de communication 7 du capteur à ultrasons 1 reçoit par des lignes de branchement 6, des signaux à ul- trasons à émettre en provenance d'un appareil de commande central non représenté à la figure 1, pour les transmettre au microcontrôleur 3. Le microcontrôleur 3 comporte par exemple un circuit de réception et un amplificateur d'émission pour émettre les signaux d'émission par la membrane 5 ou les recevoir de la membrane 5 et les préparer. Les composants du capteur à ultrasons 1 sont logés dans un boîtier en matière plastiques (par exemple intégrés par moulage) de façon que le corps du capteur à ultrasons 1 présente une certaine inertie thermique vis-à-vis des variations de température de l'air ambiant. Ain- si, les signaux de température fournis par le capteur de température 2, notamment dans le cas de variations de la température ambiante, se distingueront significativement des signaux de température représentant la température de l'air ambiant. La figure 2 montre un système de mesure de distance 10 avec les capteurs à ultrasons 1 de manière plus détaillée qui à la figure 1 reliés les uns aux autres par des lignes de liaison ou de branchement 6 formant un système de bus. Un appareil de commande 8 constitue le maître du système de mesure de distance 10 tel que représenté. L'appareil de commande 8 contient des formes de signal du système de mesure de distance qui sont émis vers l'environnement par un ou plu- sieurs capteurs à ultrasons 1. En réponse aux échos arrivant dans les capteurs à ultrasons 1 et correspondant aux signaux émis et transmis par les lignes de branchement 6 à l'appareil de commande 8, cet appareil de commande 8 appliquent des actions prédéfinies pour le cas de signaux de mesure de distance correspondants. Pour la communication par les lignes de branchement 6 par exemple réalisé comme bus CAN ou bus LIN, les capteurs à ultrasons 1 ainsi que l'appareil de commande 8 comportent des contrôleurs CAN ou LIN pour la communication par les lignes de liaison 6.

La figure 3 montre un montage électronique du capteur de température 2 du capteur à ultrasons 1. Le montage 100 représenté est celui du capteur de température 2 de la figure 1. Dans le montage 100, le transistor 11 est un exemple de jonction pn qui permet de mesurer la température dans le capteur à ultrasons 1. Pour cela, le tran- sistor 11 est alimenté avec un courant constant 12 par une tension d'alimentation 14 et une source de courant 13. Le collecteur et la base du transistor 11 sont en court-circuit. Le transistor 11 lui-même est un transistor npn. La tension de passage du transistor 11 dépend de la température de sorte que la mesure de la tension fournit une mesure équivalente à la température du capteur à ultrasons.

On peut, à cet effet, utiliser par exemple l'équation sui- vante : Upassage - U0 - 1,7Mv/K * (T-300 K) Dans cette équation, Uo représente une tension constante dépendant du semi-conducteur utilisé et qui est de l'ordre de 0,7V. L'équation se résout en fonction de T pour une tension de passage mesuré Upassage., pour obtenir la valeur actuelle de la température de la jonction pn. Par les résistances 15 et 16 et l'amplificateur opérationnel 17 recevant la tension de référence 18, on transforme la tension va- riable Upassage du transistor 11 en une plage de valeurs qui correspond à la plage de commande du convertisseur analogique/numérique (A/N) 19 en aval. Son signal de sortie 20 est reçu par la commande d'exécution (non représenté) d'un circuit ASIC et il est transmis de ma- nière appropriée par l'interface de communication 7 représentée à la figure 1 vers l'appareil de commande 8 représenté à la figure 2. L'idée de base de l'invention consiste à résoudre les diffé- rences entre la température de l'air de l'environnement du véhicule et les composants des capteurs à ultrasons équipant le véhicule par un capteur de température qui détermine lui-même la température du cap- teur à ultrasons et utilise celle-ci pour sélectionner les courbes caractéristiques ou le champs de caractéristique pour calibrer le capteur à ultrasons.

5 10 15 20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Capteur à ultrasons 2 Capteur de température 3 Microcontrôleur 4 Mémoire Membrane 6 Lignes de liaison 7 Interface de communication 8 Appareil de commande Système de mesure de distance 11 Transistor 12 Intensité constante 13 Source de courant 14 Tension d'alimentation Résistance 16 Résistance 17 Amplificateur opérationnel 18 Tension de référence 19 Convertisseur analogique! Numérique (A/ N) Signal de sortie du convertisseur analo- gique/ Numérique 100 Circuit25

Claims

REVENDICATIONS1°) Capteur à ultrasons pour un système de mesure de distance (10) installé à bord d'un véhicule et comprenant un capteur de température (2), capteur à ultrasons caractérisé en ce que le capteur de température (2) mesure la température du capteur à ultrasons (1).
2°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température (2) est une jonction (pn) alimentée en courant et/ou en tension dans le capteur à ultrasons (1) notamment dans un circuit ASIC et/ou un transistor (11).
3°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une courbe caractéristique de sensibilité dépendant de la température notamment une courbe caractéristique dépendante de la température et d'une fréquence est associé au capteur à ultrasons (1) pour calibrer son exploitation.
4°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que' la courbe caractéristique de sensibilité et/ou le champ de courbes ca- ractéristiques sont enregistrés dans une mémoire (4) du capteur à ul- trasons (1).
5°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en plus de la mesure de la température de l'air par le capteur de tempé- rature (2), le capteur à ultrasons (1) comporte un autre capteur de température (2).
6°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une interface de communication (7) pour communiquer la température du capteur à ultrasons (1) et/ou celle de l'air notamment en utilisant une modulation à codage d'impulsions et/ou une modulation à largeur d'impulsion.
7°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur à ultrasons émet cycliquement ou par variation autour d'une différence de température prédéfinie, une information représentant la température actuelle.
8°) Capteur à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il communique par un bus CAN (6) et/ou un bus LIN.
9°) Système de mesure de distance comprenant : - un appareil de commande (8) pour exploiter les signaux de distance, - un capteur à ultrasons (9) selon l'une des revendications 1 à 8 et - un canal de communication (6) entre l'appareil de commande (8) et le capteur à ultrasons (1) pour transmettre les signaux concernant la mesure de distance et/ou la température, notamment la température du capteur.25