WO2007071507A1 - Ultraschallsensor mit zeitlich veränderlichen empfindlichkeits-schwellwerten - Google Patents

Ultraschallsensor mit zeitlich veränderlichen empfindlichkeits-schwellwerten Download PDF

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WO2007071507A1
WO2007071507A1 PCT/EP2006/068585 EP2006068585W WO2007071507A1 WO 2007071507 A1 WO2007071507 A1 WO 2007071507A1 EP 2006068585 W EP2006068585 W EP 2006068585W WO 2007071507 A1 WO2007071507 A1 WO 2007071507A1
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ultrasonic
temporal
sensor
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Dirk Schmid
Petko Faber
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01S2007/52012—Means for monitoring or calibrating involving a reference ground return

Definitions

  • the invention is based on an ultrasonic sensor according to the preamble of the main claim. From DE 199 63 755 Al a distance sensor device is already known which is used in particular as part of a parking aid or reversing aid for a motor vehicle.
  • the distance sensor device has one or more
  • the distance sensors associated control device for driving the distance or the sensors via a respective signal line.
  • At least one of the distance sensors has different working modes.
  • a switchover between the working modes is feasible.
  • particularly used microwave sensors have a plurality of operating modes, whereas ultrasonic sensors used have only one working mode.
  • Detection of a reflected echo over the reception period to vary.
  • threshold values are specified for specific periods of time. These periods are described by reference points.
  • the point in time refers to the transit time of the reflected ultrasound signal and is thus directly related to the distance that the reflected signal has traveled from the obstacle at which it was reflected to the ultrasound sensor. Disclosure of the invention
  • Receiving characteristic of the ultrasonic sensor is described, is changed from a fixed reference mark. As a result, the reception characteristic of the ultrasonic sensor can be adjusted. Depending on the conditions of use of the sensor, e.g. The environmental conditions, or of a measuring method used, so that the receiving characteristic can be easily adjusted by a variation of the location of the nodes. Thus, an adjustment of the sensitivity of the ultrasonic sensor is possible in a simple manner. Here, in particular, the amount of data is minimized, which is to be transmitted to the control of the ultrasonic sensor to this. Thus it is e.g. possible to cover different ranges with an ultrasonic sensor by means of the displacement of the support points.
  • an ultrasonic sensor having a measurement mode compatible with a previously used sensor.
  • this sensor may have another, improved measurement mode.
  • compatibility with an older ultrasound system is easy to produce, while the same sensor can also be used in a newer measuring system.
  • different measuring methods e.g. a single measurement by direct echo evaluation, a cross-gauging or an interconnection of different sensors to realize a common measurement, the temporal position of the support points is adjusted accordingly.
  • the assignment of the support points to a temporal position is equivalent to the assignment to a certain distance value to a
  • Ultrasonic measurement possible It is also particularly advantageous to choose the threshold value for different temporal positions of the interpolation points differently. As a result, the adaptation of the sensitivity can possibly be better adapted to the requirements for obstacle detection. Furthermore, it is advantageous to switch the temporal positions of the support points between at least a first and a second state. Thus, it is possible to achieve other positions of the nodes and thus a different sensitivity of the sensor solely by the transmission of a switching command.
  • the temporal position of the interpolation points to a fixed time stamp or to the end of a signal transmission.
  • This time can be stored individually for each support point, so that a time reference can be produced in a simple manner for the respective measurement interval.
  • an ultrasonic sensor according to the invention is used in a motor vehicle. Especially during parking operations are for a survey of
  • FIG. 1 shows a schematic view of a plurality of ultrasonic sensors of a distance measuring unit in a vehicle
  • FIG. 2 shows a side view of the vehicle to illustrate the different ranges
  • FIG. 3 shows exemplary embodiments of control signals for the variation according to the invention, in particular the temporal position of the interpolation points,
  • the ultrasonic sensor according to the invention can be used in particular in motor vehicles.
  • FIG. 1 schematically shows a motor vehicle 1 in which ultrasonic sensors 3 designed according to the invention are arranged on a front side 2 and possibly also on the left and on the right corner.
  • ultrasonic sensors 3 designed according to the invention are arranged on a front side 2 and possibly also on the left and on the right corner.
  • a monitoring area 4 of the ultrasonic sensor indicated.
  • Obstacles in a monitoring range of one of the ultrasonic sensors lead to a transmitted ultrasonic signal being reflected from the obstacle to the ultrasonic sensor (direct measurement) or to another ultrasonic sensor (cross-measurement). From the transit time of the ultrasonic signal, the distance to the obstacle can be determined taking into account the speed of sound.
  • the received measurement data from the ultrasonic sensors 3, 3 'to a control unit 5 forwarded.
  • the control unit 5 processes the received data and outputs at a falling below a predetermined distance via a display unit 6 and / or via an acoustic output unit 10 a warning to a driver of the vehicle 1 from.
  • the control unit 5 is used to control the ultrasonic sensors 3, 3 'and possibly to coordinate their measurements to each other.
  • the control unit 5 is used to specify the sensitivity of the ultrasonic sensors 3, 3 '.
  • FIG. 2 shows a central region 8 of the ultrasound signals which are emitted by the ultrasound sensor 3 '.
  • a sensitivity and in particular a duration of a reception of reflective signals is selected such that only obstacles up to a first distance mark 11 are detected.
  • the detection period is selected such that the maximum transit time of the ultrasonic signal from the ultrasonic sensor 3 'to an obstacle and back corresponds to that time which requires a sound signal for the distance between the ultrasonic sensor 3' and the first distance mark 11.
  • the ultrasonic sensor can be adjusted such that distance measurements up to the second distance mark 12 are possible.
  • the first distance mark 11 ' may be e.g. Be over 2.5 meters from the vehicle.
  • the second distance mark 12 may be, for example, 5 meters away from the vehicle.
  • the first distance mark can be chosen so that it corresponds to the maximum range of previous sensors, while the second distance mark 12 corresponds to a measuring distance of a further developed ultrasonic sensor.
  • the further developed ultrasonic sensor between the two distance marks 11, 12 can be switched, it can also be used together with a previous sensor generation, without having to be performed on the ultrasonic sensor itself, a mechanical change.
  • a second control signal 22 is designed such that a data header 13 'is coded in such a way that the sensor is switched to a receive state 15 following the transmission of the corresponding header data. The sensor now listens to received
  • Ultrasound signals and transmits a signal to the control unit 5 when the predetermined threshold for a given time is exceeded by the envelope of a received ultrasonic signal.
  • a third control signal 23 has an extended data header 16.
  • the third control signal 23 serves to interrogate the status of the ultrasonic sensor and to switch the mode of the ultrasonic sensor. In this case, a switch is made between a first state in which the support points for the threshold values for the detection of a received signal have a first time position, and a second state in which these reference points change their time position relative to the first state. Whether a status inquiry or a change of the mode takes place, the ultrasound sensor is informed in a second data header 17. This may be followed by the control data in a data section 18 during a mode changeover. In a further embodiment of the invention, a parameterization of the interpolation points can also take place via the third control signal.
  • the ultrasonic sensor in the second data header 17.
  • the parameterization data are transmitted to the ultrasonic sensor.
  • the control unit 5 several ultrasonic sensors connected, it is possible in a first embodiment that all sensors are addressed simultaneously.
  • the data headers 13, 13 ', 16 have an addressing with which a specific sensor can be addressed.
  • the status query by means of the third control signal 23 can also be used to transmit to the control unit in which measurement mode the ultrasound sensor is located, that is to say which temporal position the interpolation points have or which threshold values are assigned to the interpolation points. It is possible, on the one hand, for this assignment to be stored coded in the control unit 5 for the different modes. In another
  • the individual values can also be transmitted to the control unit 5.
  • the status query it is possible with the status query that error messages about the status of the ultrasonic sensor are also transmitted.
  • base values for the temporal position of the interpolation points and for the threshold values can be stored in the ultrasonic sensors. Should during a data transmission, e.g. By means of a parity bit inquiry, it can be determined that the transmitted data are not valid, so the ultrasonic sensor can switch to a standard operating mode and the data stored there
  • Ultrasonic sensors in a further development stage are preferably designed such that they can read out the control signals shown in FIG. 3 with different data transmission frequencies. It is thus possible, for example, for the data headers to be transmitted to the ultrasound sensor at a lower frequency, that is, at a greater bit spacing. If it is determined in the status query by the control unit 5 that there is a further developed ultrasonic sensor, it is then possible to switch over to a higher frequency for the parameterization in which the bit spacing is reduced. This allows the parameter data to be transmitted to the ultrasonic sensor at a higher speed. For example, the distance between two bit signals can be reduced from about 2 ms to 0.3 ms.
  • FIGS. 4 to 7 show the course of the threshold value for the detection of a received ultrasonic signal over time.
  • the threshold value is plotted on the Y-axis in FIGS. 4 to 7 in each case.
  • the threshold value is the value that the maximum of an envelope of a received ultrasonic signal must exceed in order to positively transmit a detection of a received signal to the control unit 5 at the appropriate time.
  • the time is plotted on the X-axis. As the zero point 40 for the time axis in each case the end of the transmission activity of the ultrasonic sensor is set. Following this, a threshold value 49 is set very high, so that a dead time is predetermined, in which no received signal is detected.
  • This dead time serves to avoid errors due to the decay of the oscillation of the transmitting element of the ultrasonic sensor, generally a piezoelectric element.
  • the zero point is the first interpolation point from which the high value 49, which is also not exceeded by the decay oscillation, must be exceeded as the threshold value. This value remains valid until a first interpolation point 41.
  • the interpolation point course will first be explained with reference to FIG. 4, in which a course 50 of a threshold value is shown.
  • the threshold value drops to a first operating value 42.
  • the temporal position of the third and the fourth support point is chosen so that in the corresponding period reflections from the surface 7 can arrive at the ultrasonic sensor.
  • By raising the threshold value to a second work value 45 these reflections can not lead to misdetection due to the relatively poor reflection on the generally smooth floor surface.
  • FIG. 6 shows a second mode of the ultrasonic sensor.
  • the mode according to FIG. 6 also shows a curve 80 of a threshold curve.
  • the Threshold curve 80 corresponds with respect to the threshold values set to the threshold value course 50 shown in FIG. 4.
  • the temporal position of the interpolation points is changed.
  • the position of the initial interpolation points 41, 43, 44, which relate to the bottom echo and the decay behavior of the ultrasound sensor, is opposite to FIG 4 unchanged threshold value course.
  • 46, 47 each have an enlarged distance from each other and thus also to the zero point 40. Due to the increased distance of the otherwise numerically constant support points 46 ', 47', the end of the measurement interval 48 'is much later. This means that, towards the end of the measurement interval, it is also possible to detect obstacles which are farther away from the ultrasound sensor than in the case of a measurement according to the threshold curve 50, which already ends at the earlier time 48.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment with a threshold curve 60 in which two possible measures are combined with one another. On the one hand, it is possible to shift the temporal position of a support point and thus the
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment with reference to a threshold curve 70, in which not only the temporal position of the interpolation points, but also the respective threshold value assigned to the interpolation points is changed, for example, with respect to the embodiment according to FIG.
  • the threshold value curve 70 the threshold value initially remains constant in the case of a first interpolation point 61, whereas it then decreases in several stages in the case of the following interpolation points 62, in order subsequently to terminate at the first interpolation point Support points 63 to remain constant again.
  • the temporal position of the interpolation points has also changed here.
  • a realization of the assignment of the temporal position of a support point can e.g. be done by a data field is specified, in which the individual entries subsequent nodes, for example, ten nodes, are assigned.
  • These support points can each be assigned a predetermined standard distance. This standard distance is provided in a memory of the ultrasonic sensor.
  • a shift range is transmitted, within which the support point can be moved a bit forward or backward a bit.
  • the distance between the support points can be equidistant.
  • the support points may also have increasing distances with increasing distance to the ultrasonic sensor. This can also change the shift range.
  • the displacement areas around the individual support points are designed such that there are overlap areas of the maximum possible
  • different threshold value curves can be stored in accordance with FIGS. 4-7.
  • a control signal can be used to select one of the curves.
  • new support points or new support points, including a corresponding threshold value it is also possible for new support points or new support points, including a corresponding threshold value, to be transmitted to the ultrasound sensor.
  • All interpolation points can also have different threshold values.
  • the threshold between two nodes is assumed to be constant.

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Abstract

Es wird ein Ultraschallsensor vorgeschlagen, wobei ein zeitlicher Verlauf der Empfindlichkeit durch Schwellwerte vorgegeben ist, die einzelnen Stützstellen zugeordnet sind. Die zeitliche Lage der Stützstellen für den Ultraschallsensor kann hierbei verändert werden.

Description

Beschreibung
Titel ULTRASCHALLSENSOR MIT ZEITLICH VERÄNDERLICHEN EMPFINDLI CHKEITS-SCHWELLWERTEN
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ultraschallsensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 199 63 755 Al ist bereits eine Abstandssensorvorrichtung bekannt, die insbesondere als Bestandteil einer Einparkhilfe oder Rückfahrhilfe für ein Kraftfahrzeug verwendet wird. Die Abstandssensorvorrichtung weist einen oder mehrere
Abstandssensoren und eine, den Abstandssensoren zugeordnete Steuereinrichtung zum Ansteuern des oder der Abstandssensoren über eine jeweilige Signalleitung auf. Mindestens einer der Abstandssensoren weist verschiedene Arbeitsmodi auf. Durch eine Variation einer Zeitdauer und/oder einer Amplitude eines Ansteuerimpulses von der Abstandssensor-Steuereinrichtung ist eine Umschaltung zwischen den Arbeitsmodi durchführbar. Hierbei ist vorgesehen, dass insbesondere verwendete Mikrowellensensoren mehrere Arbeitsmodi aufweisen, während verwendete Ultraschallsensoren nur einen Arbeitsmodus aufweisen.
Weiterhin ist es aus der EP 925 765 Bl bekannt, einen Empfangsschwellwert für die
Detektion eines reflektierten Echos über die Empfangsdauer zu variieren. Um die Empfangscharakteristik zu beschreiben, werden Schwellwerte für bestimmte Zeiträume vorgegeben. Diese Zeiträume werden durch Stützstellen beschrieben. Der Zeitpunkt bezieht sich dabei auf die Laufzeit des reflektierten Ultraschallsignals und steht damit in direkter Beziehung zu dem Abstand, den das reflektierte Signal von dem Hindernis, an dem es reflektiert wurde, zu dem Ultraschallsensor zurückgelegt hat. Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor und das erfindungsgemäße Ultraschallmessverfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass die zeitliche Lage der Stützstellen, mittels derer die
Empfangscharakteristik des Ultraschallsensors beschrieben wird, gegenüber einer feststehenden Bezugsmarke verändert wird. Hierdurch kann die Empfangscharakteristik des Ultraschallsensors angepasst werden. Abhängig von den Einsatzbedingungen des Sensors, z.B. den Umweltbedingungen, oder von einem verwendeten Messverfahren, kann damit die Empfangscharakteristik auf einfache Weise bereits durch eine Variation der Lage der Stützstellen angepasst werden. Somit ist eine Anpassung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors auf einfache Weise möglich. Hierbei wird insbesondere auch die Datenmenge minimiert, die zur Steuerung des Ultraschallsensors an diesen zu übertragen ist. Somit ist es z.B. möglich, mittels der Verschiebung der Stützstellen unterschiedliche Reichweiten mit einem Ultraschallsensor abdecken zu können. Ferner ist es möglich, einen Ultraschallsensor herzustellen, der einen Messmodus aufweist, der zu einem bisher verwendeten Sensor kompatibel ist. Zusätzlich kann dieser Sensor einen weiteren, verbesserten Messmodus aufweisen. Damit ist eine Kompatibilität zu einem älteren Ultraschallsystem leicht herstellbar, während der gleiche Sensor auch in einem neueren Messsystem verwendet werden kann. Ferner ist es möglich, unterschiedliche Messverfahren, z.B. eine Einzelmessung durch Direktechoauswertung, eine Kreuzechomessung oder ein Zusammenschalten verschiedener Sensoren zu einer gemeinsamen Messung zu realisieren, wobei die zeitliche Lage der Stützstellen entsprechend angepasst wird. Die Zuordnung der Stützstellen zu einer zeitlichen Lage ist dabei gleichbedeutend der Zuordnung zu einem bestimmten Abstandswert zu einem
Hindernis.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem Anspruch 1 angeordneten Ultraschallsensors und des in dem nebengeordneten Anspruch angegebenen
Ultraschallmessverfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den Schwellwert für unterschiedliche zeitliche Lagen der Stützstellen auch unterschiedlich zu wählen. Hierdurch kann die Anpassung der Empfindlichkeit ggf. noch besser an die Anforderungen für die Hindernisdetektion angepasst werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, die zeitlichen Lagen der Stützstellen zwischen wenigstens einem ersten und einem zweiten Zustand umzuschalten. Somit ist es möglich, andere Lagen der Stützstellen und damit eine andere Empfindlichkeit des Sensors allein durch die Übertragung eines Umschaltbefehls zu erreichen.
Ferner ist es vorteilhaft, den zeitlichen Abstand zwischen den zeitlichen Lagen der Stützstellen bei dem ersten und dem zweiten Zustand zu vergrößern. Damit kann erreicht werden, dass ein längerer Zeitraum und damit eine größere Reichweite mit der gleichen Zahl von Stützstellen abgedeckt wird. Ein Speicher, der für die Speicherung der entsprechenden Daten der Stützstellen vorgesehen ist, braucht daher bei einer
Möglichkeit zur Umschaltung der Reichweite nicht vergrößert zu werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, einen nichtflüchtigen Speicher vorzusehen, in dem die zeitlichen Lagen der Stützstellen und die Schwellwerte gespeichert sind. Hierdurch stehen diese Werte in dem Ultraschallsensor auch nach einem Abschalten des Fahrzeugs zur Verfügung und müssen nicht bei jeder Aktivierung an den Ultraschallsensor erneut an diesen übertragen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die zeitliche Lage der Stützstellen auf eine feststehende Zeitmarke an oder auf das Ende einer Signalaussendung zu beziehen. Diese Zeit lässt sich für jede Stützstelle einzeln speichern, so dass ein Zeitbezug auf einfache Weise für das jeweilige Messintervall herstellbar ist.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere bei Einparkvorgängen sind für eine Vermessung von
Parklücken und für den tatsächlichen Einparkvorgang unterschiedliche Reichweiten erforderlich. Zudem können klimatische Bedingungen, z.B. Schnee oder Regen, eine Anpassung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors erforderlich machen. Da selbst kleinere Zusammenstöße mit anderen Fahrzeugen einen hohen Schaden verursachen können, soll einem Fahrer ein Abstand zu Hindernissen jedoch sicher angezeigt werden.
Besonders einfach ist es möglich, die zeitliche Lage der Stützstellen durch ein an den Ultraschallsensor übertragenes Steuersignal zu verändern. Mit diesem Steuersignal kann entweder eine Umschaltung der zeitlichen Lage der Stützstellen, aber in einer weiteren Ausführungsform auch eine Programmierung der Stützstellen erfolgen. Besonders - A -
einfach kann eine Programmierung dadurch erfolgen, dass die zeitlichen Abstände der Stützstellen zueinander an den Ultraschallsensor übertragen werden, ggf. können auch die den Stützstellen zugeordneten Schwellwerten selbst auf gleiche Weise übertragen werden. Vorteilhaft kann hierbei ein Datenbussystem ausgenutzt werden, das die einzelnen Ultraschallsensoren mit einer Steuereinheit verbindet.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht von mehreren Ultraschallsensoren einer Abstandsmesseinheit in einem Fahrzeug,
Figur 2 eine Seitenansicht des Fahrzeugs zur Darstellung der unterschiedlichen Reichweiten,
Figur 3 Ausführungsbeispiele für Steuersignale zur erfindungsgemäßen Variation, insbesondere der zeitlichen Lage der Stützstellen,
Figuren 4 bis 7 Ausführungsbeispiele für die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors, aufgetragen über die Zeit mit Hervorhebung der einzelnen Stützstellen und erfindungsgemäßer Variation der Lage der Stützstellen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen einsetzbar.
Hierbei dient er vor allem dazu, in einem Nahbereich von bis zu etwa fünf Metern Hindernisse in der Umgebung zu detektieren. In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 schematisch dargestellt, bei dem an einer Vorderseite 2 und ggf. auch an der linken und an der rechten Ecke erfindungsgemäß ausgeführte Ultraschallsensoren 3 angeordnet sind. Bei einem der an der Vorderseite 2 des Fahrzeugs angeordneten Ultraschallsensoren 3' ist ein Überwachungsbereich 4 des Ultraschallsensors angedeutet. Hindernisse in einem Überwachungsbereich eines der Ultraschallsensoren fuhren dazu, dass ein ausgesendetes Ultraschallsignal von dem Hindernis zu dem Ultraschallsensor (Direktechomessung) oder zu einem anderen Ultraschallsensor (Kreuzechomessung) reflektiert wird. Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals kann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit der Abstand zu dem Hindernis bestimmt werden. Hierzu werden die empfangenen Messdaten von den Ultraschallsensoren 3, 3' an eine Steuereinheit 5 weitergeleitet. Die Steuereinheit 5 bearbeitet die empfangenen Daten und gibt bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Abstandes über eine Anzeigeeinheit 6 und/oder über eine akustische Ausgabeeinheit 10 eine Warnung an einen Fahrer des Fahrzeugs 1 aus. Darüber hinaus dient die Steuereinheit 5 dazu, die Ultraschallsensoren 3, 3' anzusteuern und ggf. ihre Messungen aufeinander abzustimmen. Zudem dient die Steuereinheit 5 dazu, die Empfindlichkeit der Ultraschallsensoren 3, 3' vorzugeben.
In der Figur 2 ist das Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht gezeigt, wobei in der Darstellung gemäß der Figur 2 ersichtlich ist, dass der Ultraschallsensor 3 ' an einem Stoßfänger 9 des Fahrzeugs montiert ist. Das Fahrzeug bewegt sich über eine Oberfläche 7. In der Figur 2 ist ein zentraler Bereich 8 der Ultraschallsignale dargestellt, die von dem Ultraschallsensor 3 ' ausgestrahlt werden. Darüber hinaus können auch außerhalb dieses zentralen Bereichs der Ultraschallkeule Ultraschallwellen austreten und zu Reflexionen führen. So können z.B. auch Ultraschallwellen von der Oberfläche 7 zurückgeworfen werden. In einer ersten Einstellung ist eine Empfindlichkeit und insbesondere eine Dauer eines Empfangs von reflektierenden Signalen derart gewählt, dass nur Hindernisse bis hin zu einer ersten Abstandsmarke 11 detektiert werden. Die Detektionsdauer wird so gewählt, dass die maximale Laufzeit des Ultraschallsignals von dem Ultraschallsensor 3 ' bis zu einem Hindernis und zurück derjenigen Zeit entspricht, die ein Schallsignal für die Entfernung zwischen dem Ultraschallsensor 3 ' und der ersten Abstandsmarke 11 benötigt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Ultraschallsensor derart eingestellt werden, dass Abstandsmessungen bis zu der zweiten Abstandsmarke 12 möglich sind. Die erste Abstandsmarke 11 ' kann z.B. über 2,5 Meter von dem Fahrzeug entfernt sein.
Die zweite Abstandsmarke 12 kann z.B. 5 Meter von dem Fahrzeug entfernt sein. Die erste Abstandsmarke kann dabei so gewählt sein, dass sie der maximalen Reichweite bisheriger Sensoren entspricht, während die zweite Abstandsmarke 12 einem Messabstand eines weiterentwickelten Ultraschallsensors entspricht. Indem der weiterentwickelte Ultraschallsensor zwischen den beiden Abstandsmarken 11, 12 umgeschaltet werden kann, kann er auch zusammen mit einer bisherigen Sensorgeneration verwendet werden, ohne dass an dem Ultraschallsensor selbst eine mechanische Änderung durchgeführt werden muss.
Für die Steuerung der Ultraschallsensoren sind bevorzugt drei verschiedene Befehle vorgesehen. Ein erstes Steuersignal 21, das von der Steuereinheit 5 an die Ultraschallsensoren übertragen wird, beinhaltet einen Datenheader 13, mit dem dem Sensor übermittelt wird, ob er senden oder empfangen soll. Dies kann z.B. eine vorgegebene Abfolge von high/low-Digitalsignalen sein. Im Anschluss wird in einem Datenteil 14 durch die Steuereinheit 5 ein entsprechendes Signal zum Beginn und Ende des Sendevorgangs an den Sensor übermittelt.
Ein zweites Steuersignal 22 ist derart ausgelegt, dass ein Datenheader 13 ' derart codiert ist, dass der Sensor im Anschluss an die Übertragung der entsprechenden Header-Daten in einen Empfangszustand 15 geschaltet wird. Der Sensor horcht nun auf empfangene
Ultraschallsignale und übermittelt ein Signal an die Steuereinheit 5, wenn der für einen entsprechenden Zeitpunkt vorgegebene Schwellwert durch die Hüllkurve eines empfangenen Ultraschallsignals überschritten wird.
Ein drittes Steuersignal 23 weist einen erweiterten Datenheader 16 auf. Der Datenheader
16 ist länger gewählt, da das dritte Steuersignal 23 bei einer Messung weitaus seltener übertragen wird, als der Sende- bzw. Empfangsbefehl. Das dritte Steuersignal 23 dient dazu, den Status des Ultraschallsensors abzufragen und den Modus des Ultraschallsensors umzuschalten. Hierbei wird zwischen einem ersten Zustand, in dem die Stützstellen für die Schwellwerte für die Detektion eines empfangenen Signals eine erste zeitliche Lage haben, und einem zweiten Zustand, in dem diese Stützstellen ihre zeitliche Lage gegenüber dem ersten Zustand ändern, umgeschaltet. Ob eine Statusabfrage oder eine Änderung des Modus erfolgt, wird in einem zweiten Datenheader 17 dem Ultraschallsensor mitgeteilt. Hieran schließen sich ggf. bei einer Modusumschaltung die Steuerdaten in einem Datenteil 18 an. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann über das dritte Steuersignal 23 auch eine Parametrisierung der Stützstellen erfolgen. Hierbei ist es möglich, dass für jede Stützstelle eine zeitliche Lage und/oder ein konkreter Schwellwert angegeben werden. Ob die Parametrisierung erfolgen soll, wird dem Ultraschallsensor in dem zweiten Datenheader 17 mitgeteilt. In dem Datenteil 18 werden die Parametrisierungsdaten an den Ultraschallsensor übertragen. Sind an die Steuereinheit 5 mehrere Ultraschallsensoren angeschlossen, so ist es in einer ersten Ausfuhrungsform möglich, dass alle Sensoren gleichzeitig adressiert werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform weisen die Datenheader 13, 13', 16 aber eine Adressierung auf, mit der ein bestimmter Sensor angesprochen werden kann.
Über die Statusabfrage mittels des dritten Steuersignals 23 kann der Steuereinheit auch übertragen werden, in welchem Messmodus sich der Ultraschallsensor befindet, also welche zeitliche Lage die Stützstellen aufweisen bzw. welche Schwellwerte den Stützstellen zugeordnet sind. Dabei ist es einerseits möglich, dass diese Zuordnung für die unterschiedlichen Modi in der Steuereinheit 5 codiert abgelegt sind. In einer weiteren
Ausführungsform können aber auch die einzelnen Werte an die Steuereinheit 5 übertragen werden. Darüber hinaus ist es bei der Statusabfrage möglich, dass Fehlermeldungen über den Status des Ultraschallsensors ebenfalls übertragen werden.
Damit z.B. nach einem plötzlichen Spannungszusammenbruch oder bei einem Fehler bei der Datenübertragung nicht die Abstandsmessung vollkommen ausfällt, können in den Ultraschallsensoren Basiswerte für die zeitliche Lage der Stützstellen und für die Schwellwerte abgelegt sein. Sollte bei einer Datenübertragung, z.B. mittels einer Paritätsbitabfrage, festgestellt werden, dass die übertragenen Daten nicht gültig sind, so kann der Ultraschallsensor in eine Standardbetriebsart schalten und die dort abgelegten
Stützstellen einschließlich ihrer Schwellwerte für eine Messung verwenden. Damit ist auch bei einem ersten Einsatz des Sensors ohne eine vorherige Parametrisierung oder bei einem Verlust der in dem Ultraschallsensor gespeicherten Empfindlichkeitsparameter eine Messung des Abstands möglich.
Ultraschallsensoren in einer weiteren Entwicklungsstufe sind dabei bevorzugt derart ausgelegt, dass sie die in der Figur 3 gezeigten Steuersignale mit verschiedenen Datenübertragungsfrequenzen auslesen können. So ist es z.B. möglich, dass die Datenheader mit einer niedrigeren Frequenz, also mit einem größeren Bitabstand, an den Ultraschallsensor übertragen werden. Wird in der Statusabfrage von der Steuereinheit 5 festgestellt, dass ein weiterentwickelter Ultraschallsensor vorliegt, so kann für die Parametrisierung im Anschluss auf eine höhere Frequenz umgeschaltet werden, bei der der Bitabstand verringert wird. Damit können die Parameterdaten mit einer größeren Geschwindigkeit an den Ultraschallsensor übertragen werden. So kann z.B. der Abstand zwischen zwei Bitsignalen von etwa 2 ms auf 0,3 ms verringert werden. Die Figuren 4 bis 7 zeigen den Verlauf des Schwellwertes für die Detektion eines empfangenen Ultraschallsignals über die Zeit. Auf der Y-Achse in den Figuren 4 bis 7 ist jeweils der Schwellwert aufgetragen. Der Schwellwert ist derjenige Wert, den das Maximum einer Hüllkurve eines empfangenen Ultraschallsignals überschreiten muss, damit positiv eine Detektion eines empfangenen Signals zu dem entsprechenden Zeitpunkt an die Steuereinheit 5 übermittelt wird. Auf der X-Achse ist jeweils die Zeit aufgetragen. Als Nullpunkt 40 für die Zeitachse ist jeweils das Ende der Sendeaktivität des Ultraschallsensors gesetzt. Im Anschluss daran ist ein Schwellwert 49 sehr hoch gesetzt, so dass eine Totzeit vorgegeben ist, in der kein Empfangssignal detektiert wird.
Diese Totzeit dient dazu, Fehler durch das Abklingen der Schwingung des Sendeelementes des Ultraschallsensors, im Allgemeinen ein Piezoelement, zu vermeiden. Der Nullpunkt ist dabei die erste Stützstelle, ab dem als Schwellwert der hohe Wert 49, der auch durch die Abklingschwingung nicht übertroffen wird, zu überschreiten ist. Dieser Wert bleibt gültig bis zu einer ersten Stützstelle 41.
Im Folgenden soll der Stützstellenverlauf zunächst anhand der Figur 4 erläutert werden, in der ein Verlauf 50 eines Schwellwerts dargestellt ist. Nach der ersten Stützstelle 41 sinkt der Schwellwert auf einen ersten Arbeitswert 42 ab. Dieser bleibt gültig bis zu einer zweiten Stützstelle 43, wobei bis zu einer vierten Stützstelle 44 der Schwellwert kurzfristig angehoben wird, um Fehler durch mögliche Bodenechos zu vermeiden. Die zeitliche Position der dritten und der vierten Stützstelle ist dabei so gewählt, dass in dem entsprechenden Zeitraum Reflexionen von der Oberfläche 7 an dem Ultraschallsensor eintreffen können. Durch die Anhebung des Schwellwertes auf einen zweiten Arbeitswert 45 können diese Reflexionen aufgrund der verhältnismäßig schlechten Reflexion an der im Allgemeinen glatten Bodenoberfläche nicht zu einer Fehldetektion führen. Im Anschluss sind weitere Stützstellen 46 vorgesehen, denen jeweils wieder der erste Arbeitswert 42 zugeordnet ist. Hieran schließen sich weitere Stützstellen 47 an, denen ein zweiter, niedrigerer Arbeitswert 39 zugeordnet ist, der etwas geringer ist, damit auch weiter entfernt reflektierte Signale detektiert werden können. Den Stützstellen können dabei in einer anderen Ausführungsform auch jeweils unterschiedliche Arbeitswerte zugeordnet werden. Das Messintervall geht an einem Abschluss 48 zu Ende.
In der Figur 6 ist ein zweiter Modus des Ultraschallsensors dargestellt. Der Modus gemäß der Figur 6 zeigt ebenfalls einen Verlauf 80 einer Schwellwertkurve. Die Schwellwertkurve 80 entspricht bezüglich den eingestellten Schwellwerten dem in der Figur 4 gezeigten Schwellwertverlauf 50. Allerdings ist die zeitliche Lage der Stützstellen verändert: Hierbei ist die Position der anfänglichen Stützstellen 41, 43, 44, die das Bodenecho und das Ausklingverhalten des Ultraschallsensors betreffen, gegenüber dem in der Figur 4 gezeigten Schwellwertverlauf ungeändert. Die nachfolgenden Stützstellen
46, 47 haben jedoch jeweils einen vergrößerten Abstand zueinander und damit auch zu dem Nullpunkt 40. Durch den vergrößerten Abstand der ansonsten zahlenmäßig gleich bleibenden Stützstellen 46', 47' erfolgt das Ende des Messintervalls 48' deutlich später. Dies bedeutet, dass gegen Ende des Messintervalls auch Hindernisse detektiert werden können, die weiter von dem Ultraschallsensor entfernt sind, als bei einer Messung gemäß der Schwellwertkurve 50, die bereits zu dem früheren Zeitpunkt 48 endet.
In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Schwellwertkurve 60 gezeigt, bei der zwei mögliche Maßnahmen miteinander kombiniert werden. Zum einen ist es möglich, die zeitliche Lage einer Stützstelle zu verschieben und somit den
Zeitpunkt für ein Umschalten auf einen anderen Schwellwert zu verlegen. Während Stützstellen mit dem zugeordneten Schwellwert, dem zweiten Arbeitswert 39, gegenüber der Figur 4 zu dem gleichen Zeitpunkt vorgesehen sind, ist in der Figur 5 ein Zeitpunkt 470 zu einem Wechsel des Schwellwerts auf den zweiten Arbeitswert 39 gegenüber der Absenkung des Schwellwerts auf den zweiten Arbeitswert 39 nach der Figur 4 später angesetzt. Eine weitere Maßnahme ist dahingehend möglich, dass weitere Stützstellen ergänzt werden. So ist es z.B. möglich, zu einem späteren Zeitpunkt eine neu hinzugekommene Stützstelle 51 vorzusehen, ab der ein dritter Arbeitswert 52 erreicht wird. Zwischen der Stützstelle 470 und der Stützstelle 51 sind Stützstellen 53 vorgesehen, denen der zweite Arbeitswert 39 als Schwellwert zugeordnet sind Auch in diesem Fall ist eine höhere Reichweite möglich, wobei die Messung bei einem Endpunkt 54 endet.
In der Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel anhand einer Schwellwertkurve 70 gezeigt, bei dem nicht nur die zeitliche Lage der Stützstellen, sondern auch der den Stützstellen jeweils zugeordnete Schwellwert beispielsweise gegenüber der Ausführung nach der Figur 4 geändert wird. Somit sind nicht nur der Verlauf des Schwellwertes, sondern ggf. auch die Dauer des Messfensters sowie der Verlauf der Schwellwerte während des Messfensters änderbar. Bei der Schwellwertkurve 70 bleibt bei einer ersten Stützstelle 61 der Schwellwert zunächst konstant, während er anschließend bei den nachfolgenden Stützstellen 62 in mehreren Stufen abnimmt, um anschließend bei den Stützstellen 63 wieder konstant zu bleiben. Gegenüber dem Schwellwertverlauf 50 nach der Figur 4 hat sich auch hier die zeitliche Lage der Stützstellen verändert.
Eine Realisierung der Zuordnung der zeitlichen Lage einer Stützstelle kann z.B. dadurch erfolgen, dass ein Datenfeld vorgegeben wird, bei dem die einzelnen Einträge nachfolgenden Stützstellen, beispielsweise zehn Stützstellen, zugeordnet sind. Diesen Stützstellen kann jeweils ein vorgegebener Standard- Abstand zugewiesen sein. Dieser Standardabstand ist in einem Speicher des Ultraschallsensors vorgesehen. In dem Datenfeld, das zur Einrichtung der Stützstelle übertragen wird, wird nunmehr ein Verschiebebereich übertragen, innerhalb dem die Stützstelle ein Stück nach vorne bzw. ein Stück nach hinten verschoben werden kann. Der Abstand der Stützstellen kann äquidistant sein. Die Stützstellen können jedoch auch mit zunehmendem Abstand zu dem Ultraschallsensor wachsende Abstände aufweisen. Damit kann sich auch der Verschiebebereich ändern. Bevorzugt sind die Verschiebebereiche um die einzelnen Stützstellen derart ausgeführt, dass es Überlappungsbereiche der maximal möglichen
Bereiche benachbarter Stützstellen gibt, so dass die Flexibilität bei der Einrichtung der Stützstellen erhöht wird.
In einer weiteren Realisierung der Zuordnung der zeitlichen Lage einer Stützstelle wird nur die Position der ersten Stützstelle fixiert. Alle weiteren Positionen werden sukzessive durch Übertragung der Zeitintervalle zwischen der neuen und der vorangehenden Stützstelle definiert. Eine Überlappung der Wertebereiche der Stützstellenpositionen wird dadurch vermieden. Um einen möglichst großen zeitlichen Bereich abzudecken, kann die Granularität und der Wertebereich dieser Intervalle mit der Nummer der Stützstelle erhöht werden.
Im Ultraschallsensor können verschiedene Schwellwert-Kurven entsprechend den Figuren 4-7 gespeichert sein. Durch ein Steuersignal kann eine der Kurven ausgewählt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist es aber auch möglich, dass neue Stützstellen bzw. neue Stützstellen einschließlich eines entsprechenden Schwellwertes an den Ultraschallsensor übertragen werden.
Es können alle Stützstellen auch unterschiedliche Schwellwerte aufweisen. In der hier gezeigten Ausführungsform wird der Schwellwert zwischen zwei Stützstellen als konstant angenommen. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine lineare Interpolation jeweils zwischen zwei Stützstellen, wobei der Verlauf der Schwellwertkurve von dem Schwellwert an der ersten Stützstelle zu dem Schwellwert an der zweiten Stützstelle als linear angenommen wird.

Claims

Ansprüche
1. Ultraschallsensor mit einer zeitlich veränderlichen Empfindlichkeit, wobei die Empfindlichkeit durch Schwellwerte vorgegeben ist, wobei ein Schwellwert jeweils einer Stützstelle zugeordnet ist und wobei die Stützstelle jeweils einer zeitlichen Lage zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Lage der Stützstellen veränderlich ist.
2. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert für unterschiedliche zeitliche Lagen der jeweiligen Stützstellen unterschiedlich ist.
3. Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Lagen der Stützstellen zwischen wenigstens einem ersten und einem zweiten Zustand umschaltbar sind.
4. Ultraschallsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten der zeitliche Abstand zwischen den zeitlichen Lagen wenigstens zweier Stützstellen von dem ersten zu dem zweiten Zustand vergrößert wird.
5. Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen nichtflüchtigen Speicher zum Ablegen der zeitlichen Lagen der Stützstellen und der den Stützstellen zugeordneten Schwellwerten.
6. Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Lage auf eine feststehende Zeitmarke an oder nach einem Ende einer Signalaussendung bezogen ist.
7. Verwendung eines Ultraschallsensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abstandsmessung für ein Detektionssystem für Objekte in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Einparkhilfe, für ein Tote- Winkel- Warnsystem oder für eine Rückfahrhilfe.
8. Ultraschallmessverfahren zur Abstandsmessung, wobei eine zeitlich veränderliche Empfindlichkeit eines Ultraschallsensors über Schwellwerte vorgegeben wird, wobei die
Schwellwerte Stützstellen zugeordnet werden, wobei die Stützstellen jeweils einer zeitlichen Lage zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Lage der Stützstellen variiert wird.
9. Ultraschallmessverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den
Stützstellen zugeordneten Schwellwerte und/oder die zeitliche Lage der Stützstellen durch ein Steuersignal verändert werden.
10. Ultraschallmessverfahren nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stützstellen zugeordnete zeitliche Lage in der Weise verändert wird, dass jeweils Abstände der Stützstellen zueinander oder Abstände der Stützstellen in Bezug auf einen festen Abstandswert durch Steuersignale festgelegt werden.
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