KR20140017669A

KR20140017669A - 차량 내 환경 모니터링 장치 및 상관을 이용하여 환경을 모니터링하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20140017669A
Application number: KR1020137033815A
Authority: KR
Inventors: 클라우디아 프라우세; 볼크마르 탄네베르거; 슈테판 마크스
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2011-05-21
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2014-02-11
Also published as: US20140198620A1; EP2715397B1; KR101675190B1; DE102011102202A1; EP2715397A1; US9322916B2; CN103703388B; WO2012159703A1; CN103703388A

Abstract

본 발명은 차량(47) 내 환경 모니터링 장치(30)에 관한 것으로서, 상기 환경 모니터링 장치는 송신 신호를 발생하기 위한 신호 발생 장치(34), 전기적 진동을 음향적 진동으로 및/또는 그 반대로 변환하기 위한 하나 이상의 초음파 변환기(1), 차량(47)의 환경(31) 속에 있는 물체들(39)과의 거리를 결정하기 위해, 전기적 수신 신호를 평가하는 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 신호 발생 장치는 하나 이상의 초음파 변환기(1)와 링크되어 있으므로, 이 초음파 변환기(1)는 전기적 송신 신호에 상응하게 초음파 송신 신호를 환경 속으로 방출하고, 평가 장치는 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1)와 연결되어 있거나 또는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)와 연결되어 있으므로, 전기적 수신 신호가 수신될 수 있으며, 이때 전기적 수신 신호는 반사된 초음파 송신 신호로부터 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1)에서 또는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)에서 도출되고, 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1) 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)가 차량 안에 배치되어 있으므로, 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1) 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)와 모니터링하려는 차량(47) 환경 사이에 차량 컴포넌트의 물리적으로 형성된 폐쇄형 표면, 특히 범퍼(3)의 벽(2)이 각각 배치되어 있으며, 이때 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1) 또는 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)가 상기 벽과 재료적으로 결합되어 있으며, 및 평가 장치(48)는 상관 유닛(44)을 포함하며, 상관 유닛은 수신 신호와 송신 신호 사이의 상호 상관을 형성하고 그외에도 상관 시에 계산된 상관 신호에 의해 환경(31) 내 물체들(39)과의 거리를 결정하도록 형성되어 있으며, 또한 본 발명은 상호 상관을 사용하여 환경 모니터링을 하는 방법에 관한 것이다.

Description

차량 내 환경 모니터링 장치 및 상관을 이용하여 환경을 모니터링하기 위한 방법{ENVIRONMENT MONITORING DEVICE IN A MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR MONITORING THE ENVIRONMENT USING A CORRELATION}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 환경 모니터링 장치 및 청구항 제6항의 전제부에 따른 차량에서 환경을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.

환경 속에 있는 물체들을 모니터링하기 위해, 센서에 의해 차량의 환경을 모니터링하고 모니터링된 센서 결과들을 평가하여, 특히 환경 속에 있는 물체들에 대한 하나의 거리 또는 복수의 거리들이 결정되고 이를 통해 물체들이 추론될 수 있음은 종래 기술에 공지되어 있다. 그와 같이 모니터링된 결과들은 다른 보조 시스템들에도 사용될 수 있다. 예컨대, 운전자가 특히 주차할 때 차량의 환경 속에 있는 물체에 접근할 때, 상기 측정 결과가 사용되므로, 음향 신호들 및/또는 광 신호들이 도로 차량(road vehicle)의 운전자에게 출력된다. 차량이란 엔진에 의해 구동되는 육상 차량(land vehicle) 모두라고 볼 수 있다.

환경 모니터링을 실시하기 위해, 종래 기술에는 다양한 센서들이 공지되어 있다. 특히 저속일 때, 예컨대 주차할 때 특별히 관심을 갖는 차량 근거리에서의 모니터링을 위해, 종래 기술에서 흔히 센서들이 사용되고 있으며, 이들 센서에 의해 신호가 전송되고, 이 신호는 차량의 환경 속에 있는 물체들에서 반사되며, 반사된 신호들이 그 후 센서에 의해 검출된다. 이때, 일 유형의 측정 센서들의 경우에, 송신 신호의 전송과 에코 신호라고도 칭하는 반사된 송신 신호의 수신 사이의 전파 시간이 평가된다. 만약 이 신호의 전파 속도를 알면, 이러한 전파 시간에 근거하여 송신 신호와 에코 신호가 지나간 경로가 추론될 수 있고 그 결과 근처에 있는 물체와의 거리가 추론될 수 있다. 만약 차량에 서로 이격되어 배치된 복수의 센서들을 사용하면, 환경 속에 있는 물체들의 위치들 역시 삼각법에 의해 결정될 수 있으며, 이때 물체들은 에코 펄스를 되전송한다.

장애물을 검출하기 위한 시스템은 EP 1 619 518 A1호에 공지되어 있으며, 이때 다수의 초음파 센서들은 차량의 전방 범퍼에도 그리고 후방 범퍼에도 설치되어 있으므로, 이들은 차량의 주변에 있는 장애물들을 검출할 수 있다.

이 센서들에 의해 송신 신호의 주파수도 그리고 에코 신호를 여과하는 필터의 중심 주파수도 적응될 수 있도록, 센서들이 설계되어 있다. 그 결과, 수신 특성들이 다르기 때문에 개별 센서들 내 수신 마이크로폰들을 다르게 구동할 수 있는 가능성이 제공된다.

DE 692 10 584 T2호에는 모바일 로봇용 초음파 거리 측정 장치가 공지되어 있으며, 이 초음파 거리 측정 장치는 관심 있는 목표 영역을 스캐닝하는 방식으로 초음파 에너지 빔을 송신하기 위한 송신기, 전송된 또는 송신된 상기 빔이 목표 영역으로부터 반사되는 초음파 에너지를 선택하기 위한 검출기 및 검출기에 의해 검출된 신호를 증폭하기 위해 신호 프로세서를 포함하며, 이 프로세서는 기준 신호를 포함하는 상관 장치를 가지며, 기준 신호는, 송신된 그리고 전송된 빔이 일반적인 입사 시에 관심있는 평평한 기준 목표 표면으로부터 반사되면, 검출기에 의해 발생된 현재 신호의 표현이며, 상기 프로세서는 컴퓨터 메모리를 포함하므로, 상기 신호 표현이 저장될 수 있고 이것은 기준 신호로서 상관 장치에, 검출하려는 목표 또는 물체의 반사를 표현하는 신호를 검출하는 동안 인가될 수 있다. 이와 같은 방법의 목표는, 예컨대 송신된 신호가 공간의 모퉁이에서 여러번 반사되는 경우 발생하는 거리 검출 오류를 피하는 데 있다.

가능한 한 오류 없는 검출을 위해, 반사된 신호의 신호 세기를 높게 받기를 희망한다. 그 결과, 결국 검출의 품질을 보장하는 신호대잡음비가 우수하다. 그러므로 종래 기술에 따른 초음파 센서들은 일반적으로 범퍼 안에 통합되어 있으며, 이때 범퍼의 외면에 개구들이 제공되어 있으며 그 안에 송신 및/또는 수신 센서들이 삽입되어 있다. 종종, 송신 장치와 수신 장치는 공동의 초음파 변환기 안에 통합되어 있으며, 동일한 진동 엘리먼트가 초음파 신호의 송신에도 그리고 초음파 신호의 수신에도 사용된다. 종래 기술에 예컨대 초음파 변환기가 공지되어 있으며, 이 초음파 변환기는 전기 신호를 기계적 진동으로 또는 기계적 진동을 전기 신호로 변환하는 데 압전 재료를 사용한다.

그러나 공기 역학적 그리고 광학적 이유들 및 제조 기술적 사상들 때문에, 차량의 나머지 차체 요소와 같은 색으로 오늘날 흔히 락커칠되어 있는 범퍼의 표면이 관통 개구를 가지지 않기를 희망하고 있다. 그러므로 종래 기술에 공지되어 있는 센서들은 외부에서 볼 수 없게 차량의 차체 요소, 특히 범퍼 안에 통합되어 있다. 이들은 바깥 표면 뒤에 배치되어 있다. 그에 대한 예가 WO 2008/125260 A1호에 기술되어 있다.

이와 같은 시스템에서, 초음파 신호는 바깥 표면을 관통해, 즉 물리적으로 형성되어 있는 부품을 관통해 차량의 환경 속으로 송신된다. 반사된 초음파 신호의 검출 역시 다시 차체 부품의 최외벽을 관통해 이루어진다. 물론, 이 부품 때문에 송신 신호에 대해서도 그리고 에코 신호에 대해서도 감쇠가 일어난다. 이와 같은 감쇠가 일어날 가능성은 송신 출력 및/또는 수신 장치의 감도를 증가시키는 데 있을 것이다. 방출된 송신 출력의 증가, 즉 송신 장치의 개선이 기술적으로 구현될 수 있지만 상당한 비용과 연관되어 있다. 매입하지 않은 이용을 위해, 즉 가장 바깥에 있는 차체벽 또는 범퍼벽의 관통홀 안에 설치를 위해 제공되어 있는, 대량 생산으로 제조되는 초음파 변환기는 사용될 수 없으므로, 차량 내 사용에 대한 단가가 현저히 상승할 것이다.

본 발명의 과제는, 매입되지 않게 설치된 초음파 송신 장치들 및/또는 수신 장치들과 함께 차량 안에서 사용되는 환경 모니터링 해법들을 위해 사용되는 시스템들에 비해, 필수 기술적 요소들 및 이의 설계에서 비용 및 기술적 노력을 현저히 증가시키지 않고도 매입 설치된 초음파 센서 또는 초음파 변환기를 위한 환경 모니터링을 가능하게 하는 데 있다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 환경 모니터링 장치에 의해 및 본 발명에 따라 청구항 제6항의 특징들을 포함하는 환경 모니터링 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예들이 종속항들에서 도출된다.

본 발명의 기본적인 사상은 신호 평가를 개선하고 최적화하는 데 있다. 수신된 에코 신호들의 평가의 변경이 상당한 비용을 들이지 않고도 가능한 데, 현재 에코 신호를 평가하는 데 사용되는 시스템들에 비해 추가 비용 없이 또는 단지 적은 추가 비용으로 전자 장치의 변경이 달성될 수 있기 때문이다. 그렇지 않으면 실질적으로 동일한 하드웨어 컴포넌트들이 사용될 수 있으며, 이들은 초음파 송신 및 수신 장치를 매입 없이 설치하기 위해 마찬가지로 사용될 수 있다.

차량 내 환경 모니터링 장치의 바람직한 실시예는 송신 신호를 발생하기 위한 신호 발생 장치, 전기적 진동을 음향적 진동으로 및/또는 그 반대로 변환하기 위한 하나 이상의 초음파 변환기 및 차량의 환경 속에 있는 물체들과의 하나의 거리 또는 복수의 거리들을 결정하기 위해 수신 신호를 평가하는 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 신호 발생 장치는 하나 이상의 초음파 변환기와 링크되어 있으므로, 이 초음파 변환기는 전기적 송신 신호에 상응하게 초음파 송신 신호를 환경 속에 방출하고, 상기 평가 장치는 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기와 연결되어 있거나 또는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기와 연결되어 있으므로, 전기 신호가 수신될 수 있으며, 이때 전기 신호는 반사된 초음파 송신 신호(에코 신호)로부터 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기에서 또는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기에서 도출되고, 차량 내 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기는 차체 부품, 즉 차량 컴포넌트의, 환경을 배향하는 측면에 재료 결합 방식으로 배치되어 있으므로, 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기와 모니터링하려는 차량 환경 사이에 차량 컴포넌트의 물리적으로 형성된 폐쇄 표면, 특히 범퍼의 벽이 각각 배치되어 있으며, 및 상기 평가 장치는 상관 유닛을 포함하며, 이 상관 유닛은 수신 신호와 송신 신호 사이에서 상호 상관(cross correlation)을 형성하고, 그외에도 이 상관 유닛은 상관 시에 계산된 상관 신호에 의해 환경 내 물체들과의 거리를 결정하도록 형성되어 있다.

먼저, 초음파 측정 장치 안에서 각각 송신 신호가 오늘날 일반적으로 디지털 방식으로 발생되고, 그 후 이 송신 신호는 작동기를 구동하는 데 사용되는 아날로그 신호로 변환되어 증폭되며, 이때 작동기는 다시 차량 컴포넌트가 적어도 국지적으로 진동하도록 자극하므로, 초음파 신호가 송신된다. 이 송신 신호의 발생으로, 이 송신 신호는 제한된 시간 범위에서만 초음파 변환기의 진동을 자극한다. 송신 신호는 송신 신호를 송신할 때 초음파 변환기가 초음파를 발생하도록 자극하는 펄스 영역(pulse section)과 초음파 변환기의 자극이 발생하지 않는 일정 영역(constant section)을 포함한다. 그러므로 수신 신호와의 상관을 위해 송신 신호의 펄스 영역만이 관심이 있는, 즉 송신 신호의 그 시간 영역은 초음파 변환기가 진동하도록 자극하여 초음파 송신 신호의 방출을 야기한다. 상호 상관을 실시하기 위해, 변환된 에코 신호에 상응하는 변환된 수신 신호가 각각 크기(

)만큼 시간 지연되어 송신 신호와 승산되고 가능한 인터벌 길이(

)에 걸쳐 적분된다. 센서, 즉 환경 모니터링 장치가 반복적으로 송신 신호를 송신하므로, 이러한 가능 인터벌 길이는 실제로 제한된다. 다시 말하면, 측정 장치는 반복적으로 펄스 영역들을 포함하는 송신 신호를 발생한다. 그러므로 최대 적분 시간이 그와 같은 반복 사이클 시간, 즉 연속하는 송신 펄스 영역들 사이의 시간을 통해 정해진다. 상기 신호들의 시간 지연(

)의 크기에 따라서 상호 상관

의 상관 신호가 발생하고, 이 식에서 은 송신 신호이고

은 수신 신호를 나타낸다.

특히 바람직하게는 송신 펄스가 발생할 때, 송신 신호가 펄스 영역과 시간적으로 동일한 일정 영역을 포함하고, 이때 펄스 영역은 시간적으로 제한된, 주기적 진동 신호의 하나 이상의 영역으로부터 도출되거나 또는 주기적 진동 신호로서 발생된다. 그와 같은 실시예에서 상관 시에 각각 수신 신호의 영역들만이 상관 결과에 일조할 수 있으며, 이때 이들 영역은 송신 신호의 펄스 영역과 승산된다. 그러므로 적분 시간 길이는 펄스 영역의 길이에 적절하게 적응될 수 있다.

수학적으로, 신호대잡음비가 소위 크레머 라오(Cramer Rao) 한계까지 개선될 수 있도록, 송신 및 수신 신호를 디지털화하는 샘플링 주파수 및/또는 송신 신호의 펄스 영역의 신호 길이가 연장된다. 샘플링 주파수의 증가는 디지털 전자 장치에 대한 요구 조건과 비용을 증가시키며, 그에 반해 송신 신호의 펄스 영역의 연장 결과, 측정으로 달성되는 공간 분해능이 감소된다. 그러므로 여기에서 펄스 영역 안에 포함되어 있는 진동수와 달성가능한 신호대잡음비와 관련해 하나의 타협이 고려될 수 있다. 송신 신호의 펄스 영역의 증가된 길이 및 샘플링 주파수의 증가는 더 나아가서 평가 장치 내 메모리 필요의 증가를 야기하며 그 결과 시스템 비용과 시스템 리소스에 부정적으로 작용한다.

선택된 상관은 수신 신호 안에 포함되어 있는 통계적 노이즈(statistic noise) 또는 펄스 영역 안에 포함되어 있는 기본 주파수와 다른 주파수 범위에 있는 신호 성분을 억제하는 데 적합하고, 펄스 영역을 송신할 때 초음파 변환기를 진동시키는 진동의 주파수 범위에 있는 주파수를 포함하는 간섭원들에 근거하는 간섭 성분들은 억제되지 않는다. 그와 같은 신호들의 분리를 가능하도록 하기 위해, 일 실시예에서, 신호 발생 장치는 송신 신호로서 변조된 주기적 진동 신호를 유도하거나 발생하도록 형성되어 있다. 이를 위해, 신호 발생 장치는 예컨대 변조 장치를 포함할 수 있다. 만약 송신 신호가 디지털 방식으로 발생되면, 이것은 예컨대 메모리 안에도 저장될 수 있고 D/A 변환시에 변조 신호를 직접 발생한다.

변조를 나타내는 변조 신호가 이진 신호이면, 특히 바커 코드(Barker code) 또는 골드 코드(Gold code) 또는 의사난수이면, 간섭 신호들의 억제가 특히 우수하게 얻어진다. 변조 신호는 상기 펄스 영역 내 진동의 변화를 정보 기술에 의해 정하는 신호이다.

특히 바람직하게는 신호 발생 장치는 변조 신호에 따라서 펄스 영역의 발생 시에 하나 이상의 초음파 변환기의 고유 주파수의 영역에서 2개 이상의 주파수들 사이에서 변경을 야기하는 주파수 변조를 실시하도록 형성되어 있다. 물론, 변조 신호로서 비이진 신호가 사용될 수 있으므로, 상기 펄스 영역은 초음파 변환기의 고유 주파수의 영역에서 2개 이상의 주파수 성분을 포함할 수 있다.

송신 신호의 펄스 영역에서 변조 진동 신호를 사용하는 그외 장점은 개선된 평가가, 특히 복수 센서를 동시에 사용할 때 차량 안에서 실시될 수 있다는 데 있으며, 이때 다른 초음파 변환기의 송신 신호들과 다른 송신 신호를 각각 전송한다. 에코 신호로부터 변환된 각각의 수신 신호와 그에 대응하는 상기 관련 송신 신호의 상관 때문에, 다른 센서들의 송신 신호들을 통해 야기되는 성분들이 분리된다.

송신 신호의 송신 동안 초음파 변환기의 진동으로부터 도출되는 송신 신호로서 상기 신호가 상기 상관에서 사용되는 일 실시예에서, 개선된 상관 평가가 획득될 수 있다. 물론, 실제로 전송된 초음파 송신 신호가 용이하게, 초음파 변환기를 구동하는 송신 신호와 구별된다. 이의 이유는 초음파 변환기가 기계적 시스템으로서 관성을 가지므로, 이것은 진동 형성 및 진동 감쇠 거동을 보이는 데 있다. 이는 특히 진동 감쇠 거동에서 중요한데, 이것이 적절하게만 감쇠되기 때문에, 가능한 한 효율적인 초음파 방출을 달성하기 위해, 자극이 언제나 초음파 변환기의 공진 주파수의 범위에서 이루어져야 하기 때문이다. 그러므로 상기 상관을 개선하기 위해, 진동 형성 및 잔향(reverberation)을 통해 야기된 송신 펄스 성분이, 이것이 실제로 전송된 것처럼, 함께 고려한다. 이런 점에서 유의할만 것은 에코 펄스의 수신 시에 초음파 변환기를 편향시키는 훨씬 더 작은 진폭 때문에 수신 신호를 위한 효과가 상당히 감소한다.

일반적으로, 초음파 송신 신호를 환경 속으로 송신하기 위해, 차량 컴포넌트를 적어도 국지적으로 자극하는 초음파 변환기가, 차량 컴포넌트를 다시 진동시키는, 반사된 초음파 에코 신호를 수신하는데 이용된다. 이때, 송신 신호는 초음파 변환기의 활성 자극을 일으키는 유한 시간의 펄스 영역을 가지며 그리고 초음파 변환기의 활성 자극을 일으키지 않는 활성 자극을 가지지 않는다. 송신 신호의 일정 영역이 초음파 변환기의 자극(이것은 이루어지지 않는다)을 제어하는 동안, 초음파 변환기는 에코 신호를 통해 야기된 차량 컴포넌트 진동을 모니터링할 수 있고 수신 신호로 변환할 수 있다. 그러나 다른 실시예들은 에코 신호의 수신을 위한 그외 초음파 변환기를 사용하도록 제공될 수 있다. 이것 역시 매입되어 있는, 즉 차량 컴포넌트에서 환경을 배향하는 측면에 부착되거나 또는 다른 차량 컴포넌트에 마찬가지로 환경을 배향하는 측면에 매입되어 배치되어 있다.

도 1은 범퍼 외벽의 리세스 안에 내장하는 경우 종래 기술에 따른 범퍼 내 초음파 센서의 다양한 설치예에 관한 개략도이다.
도 2는 매입되게 범퍼 안에 내장되어 있는 종래 기술에 따른 초음파 변환기에 대한 개략도이다.
도 3은 환경 모니터링 장치의 개략도이다.
도 4는 환경 모니터링을 위한 방법의 개략적인 흐름도이다.

하기에서, 바람직한 실시예들을 참고하여 본 발명을 상술한다.

도 1에는 종래 기술에서 어떻게 초음파 변환기(1)가 범퍼의 외측 경계벽(2) 안에 통합되어 있는지 2가지 가능 변형예들이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 도시되어 있는 양 변형예들의 경우에 범퍼(3)의 외벽(2) 안에 각각 하나의 관통 개구(4)가 제공되어 있다. 이러한 관통 개구(4)는 드릴링, 펀칭 또는 다른 방식에 의해 형성될 수 있다. 위에 도시되어 있는 예의 경우에, 범퍼(3)의 외벽(2)의 내측(5)에 홀더(6)가 접착되어 있거나 또는 용접되어 있다. 홀더(6) 역시 하나의 관통 개구(7)를 포함하며, 이 관통 개구는 센터링에 의해 범퍼(3)의 외벽(2)에 있는 관통 개구(4)와 정렬되어 있다. 그외에도, 홀더(6)는 래칭 수단(8)을 포함하며, 초음파 변환기(1)의 돌출부들(9)이 설치된 상태에서 상기 래칭 수단과 결합하며 홀더(6)에 초음파 변환기(1)를 고정한다. 초음파 변환기(1)와 홀더(6) 사이에 스페이서 및 댐핑 요소(10)가 삽입되어 있으며, 이 스페이서 및 댐핑 요소는 초음파 변환기에 의해 발생된 진동과 범퍼(3)의 외벽(2)의 분리를 가져온다.

제1 실시예와 달리, 도면에 도시된 제2의 실시예는 범퍼(3)의 외벽(2)에 범퍼 래칭 수단(11)이 형성되어 있으며, 이 범퍼 래칭 수단은 범퍼(3)의 외벽(2)의 내측(5)에 홀더(6)를 걸 때 홀더(6)의 상대 부재(12)와 상호 작용하는 차이점을 갖는다. 도시되어 있는 설치 변형예들에서 방출되는 초음파 신호는 송신할 때에도 그리고 수신할 때에도 외벽(2) 때문에 방해받지 않는다.

도 2에는 초음파 변환기를 포함하는 범퍼의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있으며, 이때 초음파 변환기는 매입되어 설치되어 있다. 범퍼(3)의 외벽(2)은 이런 경우에 관통홀을 포함하지 않는다. 초음파 변환기로서 이용되는 압전 모듈(20)은 범퍼(3)의 외벽(2)의 내측(5)에 적용된다. 음을 방출하는 부분 영역(21)에서 범퍼(3)의 외벽(2)의 내측(5)에 리브(22)가 접착되어 있다. 이 경우, 압전 모듈(20)은 리브(22)와 범퍼(3)의 벽(2) 사이 접착 연결부(23)에 배치되어 있다. 이와 같은 배치는 예컨대 WO 2008/125260 A1호에 상세하게 기술되어 있다.

도 3에는 환경 모니터링 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 초음파 변환기(1)는 환경(31)과 관련하여 차체 부품, 예컨대 범퍼(3)의 외벽(2) "뒤에" 배치되어 있다. 초음파 변환기는 환경(31)을 배향하는 벽(2)의 측면에 재료 결합 방식으로 배치되어 있다. 상기 외벽(2)은 초음파 변환기(1)를 배치하는 영역에서 관통홀을 가지지 않으며 폐쇄 표면(32)을 가지고 있다.

신호 발생 장치(34)는 송신 신호(35)를 발생한다. 이 송신 신호는 펄스 영역(35a)과 일정 영역(35b)을 포함한다. 디지털/아날로그 변환기(36)와 증폭기(37)에 의해 상기 송신 신호는 초음파 변환기(1)를 구동하여 이를 진동시키는 신호로 변환되므로, 적어도 국지적으로 이 벽(2)도 진동되고 초음파 송신 신호(38)가 전송된다. 이것은 벽(2)을 통해 환경(31) 속으로 전송되고 거기에서 경우에 따라서는 환경(31) 속에 있는 대상(39)과 충돌한다. 이 초음파 송신 신호(38)는 물체(39)에서 적어도 부분적으로 에코 신호(40)로서 벽(2) 쪽으로 재반사되고 벽(2)을 관통해 초음파 변환기(1)에 전송된다. 그러므로 초음파 변환기(1)는 에코 신호를 통해 진동되고 이를 전기 신호(41)로 변환하고, 이 전기 신호는 A/D 변환기(42)에 의해 디지털 수신 신호(43)로 변환된다.

상관 유닛(44) 안에서 송신 신호(35)와 수신 신호(43) 사이 상이한 시간 지연들(

)에 대해 상호 상관이 계산된다. 이로부터 상관 신호(45)가 발생하고, 이 상관 신호는 개략적으로 그래프를 통해 시간 지연(

)에 대해 도시되어 있다. 상관이 상관 문턱값(46)을 초과하는, 즉 송신 신호와 수신 신호 사이의 매우 양호한 일치가 확인되는 지연 시점에 대응하여, 환경(31) 속에 있는 물체가 검출된다. 이때, 상기 시간 지연은 송신 펄스의 전송과 에코 펄스의 수신 사이에서 흐르는 시간에 대한 척도이므로, 이에 의해 차량(47)과 물체(39) 사이의 거리가 추론될 수 있으며, 이때 차량 안에는 초음파 변환기(1) 또는 환경 모니터링 장치(30)가 내장되어 있다. 상관 신호(45)의 평가는 평가 유닛(48)에서 이루어진다. 상관 유닛(42)은 평가 유닛(46)의 구성 요소이다. 평가 유닛은 그외 평가 단계들도 실시할 수 있는, 예컨대 상기 거리를 결정하고 및/또는 환경 지도(environment map) 등을 작성할 수 있다. 초음파 송신 신호와 에코 신호의 음속을 고려하여, 상기 거리들은 상관 신호가 최대값을 가지는 시점들에 근거해 도출된다.

전술한 실시예의 경우에, 하나의 초음파 변환기만이 제공되어 있다. 다른 실시예들은 복수의 초음파 변환기를 제공할 수 있으며, 이들 초음파 변환기는 동시에 또는 시간 지연을 통해 초음파 신호를 전송 및 수신하는 데 사용된다.

예컨대 차량의 다른 전자 소자들의 간섭 신호들을 억제하기 위해, 일 실시예에서 상기 신호 발생 장치(34)는 변조된 송신 신호를 만들고, 이는 송신 신호의 펄스 영역이 한 주파수와 균일한 진폭의 진동을 가지는 것을 의미할 뿐만 아니라 이 진동의 주파수 및/또는 진폭이 펄스 영역에서 변경되는 것을 의미할 수도 있다. 이때, 이것이 송신 신호의 진동 형성 및 진동 감쇠 거동을 의미하는 것이 아님은 당업자에게 분명하다.

다른 일 실시예에서, 이러한 상관에 사용되는 송신 신호는 전송 동안 D/A 변환기에 의해 검출될 수 있으므로, 실제로 전송된 초음파 송신 신호에 상응하는 수신된 송신 신호가 에코 신호로부터 도출된 수신된 수신 신호와 상관된다.

측정 사이클의 예시적 흐름을 한번 더 도 4를 참고하여 상술한다. 먼저, 송신 신호가 발생된다(61). 이것은 실질적으로 펄스 영역의 발생을 포함하며, 이때 펄스 영역 안에서 이 송신 신호는 주기적인 진동을 포함한다. 송신 신호의 잔여 영역들은 일정 영역으로서 발생된다(63). 일 실시예에서, 송신 신호의 펄스 영역을 나타내는 주기적 진동들이 변조되고(64), 예컨대 상기 진동의 주파수가, 송신 신호를 초음파 송신 신호로 변환하는 초음파 변환기의 기계적 공진 주파수에 인접해 있는 다른 주파수들 사이에서 변경된다. 바람직하게는 바커 코드, 골드 코드 또는 의사난수에 따라서 변경이 이루어지고, 이들은 예컨대 궤환 시프트 레지스터에 의해 용이하게 발생될 수 있다.

그 후, 송신 신호는 디지털 신호로부터 아날로그 신호로 변환되고(65) 증폭된다(66). 그 결과, 초음파 변환기가 구동되어 송신 신호를 초음파 송신 신호(67)로 변환한다. 이어서, 초음파 변환기로 에코 신호가 수신되고(68) 전기 신호로 변환되며, 이 신호는 A/D 변환기에 의해 디지털 수신 신호로 변환된다(69). 이어서, 이 수신 신호는 평가된다(70). 이 경우 송신 신호와 수신 신호는 다른 시간 지연들(

)에 대해 상관된다(71). 이때, 송신 신호와 수신 신호는 서로 승산되어 시간에 대해 적분된다. 발생하는 상관 신호에 의해 차량의 환경 속에 있는 물체들에 대한 거리들이, 그와 같은 물체들이 존재하면, 결정된다(72).

전술한 실시예의 장점은 범퍼의 개조없이도 이 범퍼에 초음파 변환기가 배치되어 사용될 수 있지만 그럼에도 신뢰성 있는 환경 모니터링이 가능하게 된다는 데 있다. 예컨대 범퍼 벽을 통과할 때 나타나는 댐핑을 보상하기 위해, 신호대잡음비가 상관에 근거해 분명하게 개선된다. 여과된 잡음 신호에 대하여 다음의 식이 적용된다:

상기 식에서,

은 예컨대 50kHz인 송신 주파수이고,

는 샘플링 주파수이며, 이러한 주파수로 디지털화가 이루어지며, 이것은 예컨대 400kHz이며,

은 펄스 영역 내 진동의 수이고 예컨대 128에 정해져 있다. 그러므로 이와 같은 상관을 통해 잡음 신호는 팩터 1/32만큼 감소될 수 있다. 이 경우 128 진동의 수는 50kHz의 송신 주파수에서 펄스 길이(

)를 나타낸다:

이는 동시에 시스템의 최대 분해능을 결정한다. 그러므로 실제로 펄스 영역 내 진동수와 합리적인 비용으로 실시될 수 있는 샘플링 주파수 사이에서 최적화가 선택될 수 있으므로, 가능한 한 우수한 신호대잡음비가 달성될 수 있다.

신호를 변조하기 위해 골드 코드, 바커 코드 또는 의사난수를 사용하므로, 한편으로 다른 바커 코드, 콜드 코드 또는 의사난수로 변조되는 2개의 송신 신호들 사이에서 최대 상관 거리가 평가 시에 얻어지는 장점이 생긴다. 그 결과, 동시에 다른 송신 신호들을 전송하고 평가하여 그 결과 복수의 초음파 변환기를 동시에 구동하는 것이 가능하며, 이는 종래 기술에서는 불가능하였다. 더 나아가서, 이와 같은 변조의 결과로, 펄스 영역의 진동이 위치하는 주파수 범위에서 발생하는 간섭원들이 억제될 수 있다.

여기에서 전술한 실시예들이 단지 예시적이라는 것은 당업자에게 자명하다. 전술한 특징들은 임의의 조합을 통해 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.

1 초음파 변환기 2 벽 3 범퍼
4 관통 개구 5 내측 6 홀더
7 관통 개구 8 래칭 수단 9 돌출부
10 스페이서 및 댐핑 엘리먼트 11 범퍼 래칭 수단 12 상대 부재
20 압전 모듈 21 부분 영역 22 리브
23 접착 연결부 30 환경 모니터링 장치 31 환경
32 표면 34 신호 발생 장치 35 송신 신호
35a (송신 신호의) 펄스 영역 35b (송신 신호의) 일정 영역 36 D/A 변환기
37 증폭기 38 초음파 송신 신호 39 물체
40 에코 신호 41 전기 (변환된 에코) 신호 42 A/D 변환기
43 수신 신호 44 상관 유닛 45 상관 신호
46 상관 문턱값 47 차량 48 평가 유닛
61-72 방법 단계들

Claims

차량 내 환경 모니터링 장치(30)로서,
송신 신호를 발생하기 위한 신호 발생 장치(34),
전기적 진동을 음향적 진동으로 및/또는 그 반대로 변환하기 위한 하나 이상의 초음파 변환기(1), 및
차량의 환경 속에 있는 물체들과의 거리를 결정하기 위해, 수신 신호를 평가하는 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 신호 발생 장치(34)는 하나 이상의 초음파 변환기(1)와 링크되어 있으므로, 이 초음파 변환기(1)는 전기적 송신 신호에 상응하게 초음파 송신 신호를 환경 속으로 방출하고, 평가 장치는 상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1)와 연결되어 있거나 또는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)와 연결되어 있으며, 초음파 변환기는 각각 평가 장치를 위해 수신된 에코 신호를 수신 신호로 변환하는, 차량 내 환경 모니터링 장치에 있어서,
상기의 적어도 하나의 초음파 변환기(1) 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 다른 초음파 변환기(1)가 평평하게 형성된 차량 컴포넌트의, 특히 범퍼(3)의 벽(2)의, 차량(47)의 모니터링 환경(31)을 배향하는 측면에 재료 결합 방식으로 배치되어 있으며, 환경 속으로 초음파 송신 신호의 전송과 환경으로부터 에코 신호의 수신이 각각의 차량 컴포넌트의 국지적 진동화에 의해 이루어지고, 상기 평가 장치(48)는 상관 유닛(44)을 포함하며, 상관 유닛은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상호 상관을 형성하고 그외에도 상관 유닛은 상관 시에 상관 함수에 의해 계산된 상관 신호에 의해 환경(31) 내 물체들(39)과의 상기 거리(들)를 결정하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 내 환경 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 송신 신호는 펄스 영역(35a)과 시간적으로 동일한 일정 영역(35b)을 포함하며, 상기 신호 발생 장치(34)는 주기적 진동 신호의 시간적으로 제한된 영역으로부터 상기 펄스 영역(35a)을 도출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 내 환경 모니터링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 신호 발생 장치(34)는 변조된 송신 신호를 발생하기 위해 주기적인 진동 신호를 변조하는 변조 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 환경 모니터링 장치.
제3항에 있어서, 변조 신호로서 이진 신호가 사용되고, 특히 바커 코드 또는 골드 코드 또는 의사난수가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량 내 환경 모니터링 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 변조 장치는 주파수 변조를 실시하도록 형성되어 있으며, 이때 2개 이상의 주파수 사이에서 변경은 펄스 영역(35a)을 발생하기 위해 하나 이상의 초음파 변환기(1)의 고유 주파수의 범위에서 변조 신호에 따라서 야기되는 것을 특징으로 하는 차량 내 환경 모니터링 장치.
차량에서 환경 모니터링 방법으로서,
전기적 송신 신호를 발생하는 단계,
전기적 송신 신호를 초음파 송신 신호로 변환하는 단계,
수신된 초음파 에코 신호(40)를 수신 신호로 변환하는 단계, 및
차량(47)의 환경(31) 속에 있는 물체들(39)에 대한 하나 또는 복수의 거리들을 결정하기 위해 수신 신호(43)를 평가하는 단계를 포함하는, 차량에서 환경 모니터링 방법에 있어서,
차량 컴포넌트, 특히 범퍼(3)의 벽(2)은 모니터링하려는 환경(31)을 배향하는 측면에서 이 배향 측면에 재료 결합 방식으로 배치되어 있는 초음파 변환기(1)에 의해 적어도 국지적으로 진동하도록 자극되므로, 상기 하나 이상의 초음파 변환기(1)가 배치되어 있는 영역에서 상기 환경을 대향하는, 폐쇄된, 관통구없이 형성된 표면을 포함하는 차량 컴포넌트를 통해 초음파 송신 신호(38)가 환경(31) 속에 전송되고 및 상기 차량 컴포넌트 또는 다른 한 차량 컴포넌트를 적어도 국지적으로 진동시키는 반사된 초음파 에코 신호가 상기 하나 이상의 초음파 변환기(1)에 의해 또는 환경(31)을 배향하는 상기 차량 컴포넌트의 측면에 또는 환경(31)을 배향하는 상기 다른 차량 컴포넌트의 측면에 재료 결합 방식으로 배치되어 있는 상기 다른 하나의 초음파 변환기에 의해 수신되고 수신 신호로 변환되며, 평가 시에 상기 수신 신호와 송신 신호 사이의 상호 상관이 형성되고 이때 상관 신호가 계산되며 물체들과의 하나의 거리 또는 복수의 거리들이 상관 신호를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량에서 환경 모니터링 방법.
제6항에 있어서, 송신 신호는 펄스 영역(35a)과 시간적으로 동일한 일정 영역(35b)으로 형성되고, 상기 펄스 영역(35a)은 주기적인 진동 신호의 시간적으로 제한된 하나 이상의 영역으로부터 도출되거나 또는 그 자체로서 발생되는 것을 특징으로 하는 차량에서 환경 모니터링 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 송신 신호가 변조되는 것을 특징으로 하는 차량에서 환경 모니터링 방법.
제8항에 있어서, 주파수 변조가 실시되고, 이러한 주파수 변조 시에 2개 이상의 주파수 사이에서 변경은 바람직하게는 바커 코드, 골드 코드 또는 의사난수를 나타내는 변조 신호에 따라서 상기 하나 이상의 초음파 변환기(1)의 고유 주파수의 영역에서 야기되므로, 상기 송신 신호의 펄스 영역(35a)이 발생되는 것을 특징으로 하는 차량에서 환경 모니터링 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상관을 위한 송신 신호로서, 송신 신호의 펄스 영역을 송신할 때 초음파 변환기(1)의 진동 신호로부터 도출되는 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량에서 환경 모니터링 방법.