WO2020064153A1 - Verfahren zum betreiben eines ultraschallsensors eines fahrzeugs mit reduzierter diagnose in einem messbetrieb des ultraschallsensors sowie ultraschallsensorvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines ultraschallsensors eines fahrzeugs mit reduzierter diagnose in einem messbetrieb des ultraschallsensors sowie ultraschallsensorvorrichtung Download PDF

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ultrasonic sensor
diagnostic
reduced
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test voltage
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Fabian Haag
Michael Hallek
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an ultrasonic sensor of a vehicle, in which a sound transducer element of the ultrasonic sensor is excited with a predetermined excitation signal, the excitation signal having a predetermined current intensity, an electrical test voltage at the
  • the present invention relates to an ultrasonic sensor device for a vehicle.
  • the present invention relates to a computer program product and a computer-readable medium.
  • ultrasonic sensor devices for vehicles.
  • Such ultrasonic sensor devices can be used, for example, to detect an object or obstacle in a surrounding area of the vehicle.
  • Such an ultrasonic sensor device usually has an ultrasonic sensor or ultrasonic transducer, with which a distance to the object can be determined.
  • the ultrasonic sensor usually comprises a membrane, which can be excited to emit an ultrasonic signal with a corresponding sound transducer element to mechanical vibrations.
  • the ultrasound signal emitted by the ultrasound sensor is then reflected by the object and hits the membrane of the ultrasound sensor again. Based on the time between sending the
  • Ultrasonic signal can then be determined taking into account the speed of propagation of the ultrasonic signal in the air or the speed of sound, the distance between the ultrasonic sensor and the object.
  • ultrasonic sensors in particular of the sound transducer element, are usually not detected at all.
  • the former requires either a complete implementation of the evaluation algorithm in the sensor electronics and thus increased costs in the ultrasonic sensor, or else a transfer of the data to a higher-level system and thus an occupancy of communication bandwidth and possibly a cost-intensive intermediate storage of the sensor electronics.
  • the latter reduces the performance of the system, since the ultrasound sensor cannot carry out a distance measurement during the dedicated diagnostic operation.
  • DE 10 2014 213 122 A1 describes a method for sound-based
  • the method also includes determining a start of one
  • Swing-out dominance range based on the stored variables assigned to the sound transducer from a data store. Furthermore, a first electrical signal of the
  • the swing-out dominance range is the time range in the converter signal which is between the end of the impressing of an electrical measurement signal to be transmitted and the end of the
  • a method according to the invention serves to operate an ultrasonic sensor of a vehicle.
  • a sound transducer element of the ultrasonic sensor is excited with a predetermined excitation signal.
  • the excitation signal has a predetermined current.
  • an electrical test voltage is measured on the sound transducer element as a result of the excitation signal and a diagnosis of the ultrasonic sensor is carried out on the basis of the test voltage. It is provided here that the ultrasonic sensor is excited in a measuring operation to emit an ultrasonic signal with the excitation signal.
  • the electrical test voltage is measured during transmission.
  • a reduced diagnosis is carried out on the basis of the electrical test voltage, the ultrasound sensor depending on a result of the reduced diagnosis either being operated further in the measuring mode or being operated in a diagnostic mode for a complete diagnosis.
  • the method is intended to operate the vehicle's ultrasonic sensor.
  • the method can be carried out with an ultrasonic sensor device that has an electronic control unit.
  • This electronic control unit can be used
  • Data transmission can be connected to a computing device of the ultrasonic sensor.
  • This computing device can be provided, for example, by an internal sensor electronics of the ultrasonic sensor.
  • This ultrasonic sensor can be used in one
  • the ultrasonic signal can be sent out with the ultrasonic sensor.
  • the sound transducer element of the ultrasonic sensor can be excited with a corresponding excitation signal.
  • Sound transducer element can be, for example, a piezoelectric element.
  • the sound transducer element and a membrane of the ultrasonic sensor connected to the sound transducer element are excited to vibrate, as a result of which the ultrasonic signal is emitted.
  • that reflected by an object or obstacle in the surrounding area can also be used Ultrasound signal can be received again. Due to the reflected ultrasound signal or the echo of the ultrasound signal, the membrane and the
  • the distance between the ultrasound sensor and the object can then be determined.
  • a reduced diagnosis is also carried out in the measuring operation of the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic signals are emitted during the measuring operation of the ultrasonic sensor.
  • ultrasound signals reflected in the surrounding area are also received in the measuring mode.
  • a distance measurement is therefore carried out in the measuring operation of the ultrasonic sensor.
  • successive measuring cycles can be carried out, in each of which an ultrasonic signal is emitted.
  • the sound transducer element of the ultrasound signal is excited with the excitation signal.
  • the current strength of the excitation signal is known.
  • the current strength of the excitation signal can have a constant frequency. It can also be provided that the frequency of the current strength of the excitation signal changes as a function of time. In addition, during the transmission of the ultrasound signal, the one applied to the sound transducer element
  • the test voltage can also be referred to as the transmit voltage.
  • the reduced diagnosis of the ultrasonic sensor is then carried out. In particular, the functionality of the ultrasonic sensor can be checked.
  • a decision is made as to whether the ultrasonic sensor is either still operated in the measuring mode or whether the ultrasonic sensor is switched to the diagnostic mode in which a complete diagnosis is carried out.
  • a decision can be made as to whether the ultrasonic sensor is functional or not. If the ultrasonic sensor is functional, it can continue to be operated in the measuring mode. If it is recognized that the functionality of the ultrasonic sensor
  • Diagnostics in the diagnostic mode is only carried out if an error of the ultrasonic sensor can be present.
  • This invention is based on the finding that the state of the ultrasound sensor or the sound transducer element can be operated by the voltage curve or the test voltage during the transmission process if the excitation signal is constant or known.
  • Reduced diagnostic parameters are preferably determined by means of a computing device of the ultrasonic sensor on the basis of the test voltage, and the reduced diagnosis is carried out on the basis of the reduced diagnostic parameters.
  • Test voltage can be determined.
  • the measuring operation of the ultrasonic sensor is therefore not influenced or only influenced to a small extent.
  • it can be ensured that objects in the area surrounding the vehicle are recognized with the aid of the ultrasound sensor.
  • An ultrasonic sensor for distance measurement can thus be expanded with an internal computing device or electronics in order to carry out a complete online diagnosis in an optimal manner with regard to the costs and / or benefits or a blindness and / or accuracy with a high degree of flexibility.
  • a difference between the reduced diagnostic parameters and the predetermined reference diagnostic parameters is determined, the ultrasonic sensor being operated in the diagnostic mode if the difference exceeds a predetermined threshold value.
  • the reduced diagnostic parameters are compared with the reference diagnostic parameters that were determined, for example, in the diagnostic mode or during the complete diagnosis. If the deviation of these two parameter sets exceeds the predetermined one Threshold or a limit, the state of the
  • Sound transducer element changed beyond the set limit.
  • a new comprehensive diagnosis or the complete diagnosis may thus be necessary and can finally be carried out.
  • this can ensure that the condition of the sound transducer element is monitored in every measurement cycle, which is essential for safety-critical applications.
  • the number of complete diagnoses is reduced to a minimum and the average measurement rate of the ultrasonic sensor is kept at a high level.
  • a gradient of the test voltage, an integral of the test voltage and / or a weighted sum of the gradient and the integral of the pulse voltage are determined to determine the reduced diagnostic parameters.
  • Excitation signal with which the sound transducer element is excited can have a frequency that changes as a function of time.
  • the current strength of the excitation signal can have a time-dependent frequency. The greater the variance of the excitation signal, in particular with regard to the frequency, the more information can be obtained about the state of the sound transducer element. To determine the reduced diagnostic parameters, the time course of the
  • Test voltage are taken into account.
  • the gradient and / or the integral of the time course of the test voltage can be determined.
  • the gradient and / or the integral can be weighted with a predetermined weighting factor and then summed in order to determine the reduced diagnostic parameters.
  • the gradient, the integral and / or their weighted sum are particularly suitable for determining the reduced diagnostic parameters, since these variables are robust against disturbances.
  • Control unit of the vehicle is transmitted.
  • the result signal describes whether the difference between the reduced diagnostic parameters and the predetermined reference diagnostic parameters exceeds the threshold value.
  • the result signal can have an information content of one bit.
  • the two states can be described that the difference exceeds the threshold or that the difference falls below the threshold. It can also be provided that to provide the
  • Result signal a flag is set, which has either the value 0 or the value 1. There is thus between the sensor-internal computing device and the electronic control unit a derivative with a low data transfer rate is sufficient. In this way, costs and computing power can be saved.
  • the result signal describes a state of the ultrasonic sensor, which is determined on the basis of the reduced diagnostic parameters, and / or the result signal describes previously determined states of the
  • the degree of the reduced diagnosis can be selected in an application-specific manner by varying the calculation rule and the dimension of the reduced diagnostic parameters. For example, the type of change or state of the ultrasound sensor can already be estimated in the reduced diagnosis. For example, it can be derived whether the temperature has changed or whether there is contamination on the ultrasonic sensor or its membrane. Alternatively or additionally, a history of this change can be determined. Additional information is thus made available to the higher-level system or the electronic control unit, as a result of which the scope for decision can be increased.
  • the reference diagnostic parameters are determined in the diagnostic mode of the ultrasonic sensor on the basis of complete diagnostic parameters. These complete diagnostic parameters can determine the state of the
  • the ultrasonic sensor Describe the ultrasonic sensor, the transducer element and / or the external influences for the current period. For example, the complete
  • Diagnostic parameters describe aging of the transducer element.
  • the complete diagnostic parameters can also describe whether there is dirt, ice, snow or the like on the membrane.
  • the complete diagnostic parameters can also be external influences that act on the ultrasonic sensor, such as
  • Diagnostic parameters can then determine reference diagnostic parameters
  • the full diagnostic parameters can be an electrical model or
  • the equivalent circuit diagram of the ultrasonic sensor Describe the equivalent circuit diagram of the ultrasonic sensor.
  • the electrical model of the ultrasonic sensor by a first capacitor, one for a first capacitor separate second capacitor, a first inductor, a second inductor separate from the first inductor, a first ohmic resistor and a second ohmic resistor separate from the first ohmic resistor, the first capacitor, the first inductor and the first ohmic resistor being connected in series are connected and the second capacitor, the second
  • Inductance and the second ohmic resistor can be connected in parallel to the series circuit.
  • the second capacitor, the second inductance and the second ohmic resistance map the electrical, in particular parasitic, properties of the components of the ultrasonic sensor. These properties are taken into account in the electrical model.
  • the first capacitor for example, a mechanical flexibility which corresponds to the reciprocal value of the
  • Stiffness corresponds to the membrane of the ultrasonic sensor.
  • a moving mass of the membrane can in particular be described by means of the first inductance.
  • Attenuation of the ultrasound signal can in particular be described by means of the first ohmic resistance.
  • the functional state of the ultrasonic sensor can be determined by means of the physical capacity, the mechanical flexibility of the moving mass and the damping.
  • the complete diagnostic parameters and / or the reduced diagnostic parameters are determined as a function of an operating mode of the ultrasonic sensor in the measuring mode.
  • the ultrasonic sensor can be used in different measuring operations or for distance measurement
  • An operating mode can be, for example
  • an operating mode may be a normal operating mode, a long-range mode or the like.
  • the operating modes can differ with regard to the excitation signal.
  • the operating modes can differ from one another with regard to a temporal duration of the excitation signal, a frequency, a voltage, a current intensity or the like. If the reduced diagnostic parameters and / or the complete diagnostic parameters are determined as a function of the current operating mode of the ultrasonic sensor, this enables a more reliable diagnosis overall.
  • Diagnostic voltage is determined as a result of the diagnostic signal.
  • a current strength of the diagnostic signal is frequency modulated.
  • the frequency of the current strength of the diagnostic signal preferably has a linear positive increase followed by a linear negative increase.
  • the diagnostic signal comprises a linear chrip-up and a subsequent linear chirp-down.
  • the comprehensive or the complete diagnosis is based on an excitation of the sound transducer element with a current-controlled one
  • the duration of the diagnostic signal can be several milliseconds.
  • the duration of the diagnostic signal can be several milliseconds.
  • Diagnostic voltage measured on the transducer element The complete diagnostic parameters are then determined from the course of this diagnostic voltage. This can be done, for example, using a look-up table or by parameterizing models. For the latter, it is due to the short stimulus duration in the
  • additional swing-out parameters which are determined during swing-out of a membrane of the ultrasonic sensor, are taken into account.
  • the ultrasound sensor is excited with the excitation signal.
  • the membrane of the ultrasound sensor vibrates for one
  • Swinging-out parameters can be determined during this swing-out or during the swing-out period.
  • the swing-out parameters can be the swing-out frequency, for example
  • swing-out parameters can be used to reliably detect, for example, whether there is dirt, snow, ice or the like on the membrane of the ultrasonic sensor.
  • An ultrasonic sensor device comprises an electronic control unit and at least one ultrasonic sensor, which is an electronic one
  • the ultrasonic sensor device is designed to carry out a method according to the invention and the advantageous refinements thereof. It can also be provided that the ultrasonic sensor device has a plurality of ultrasonic sensors. These can then be distributed on the vehicle. If it is recognized on the basis of the reduced diagnosis and / or the complete diagnosis that the functionality of the ultrasonic sensor is impaired, a corresponding warning signal can be output with the ultrasonic sensor device will. Depending on the warning signal, the user of the vehicle can be warned accordingly or be advised that the
  • Ultrasonic sensor is not functional.
  • a driver assistance system comprises one according to the invention
  • the driver assistance system can be designed, for example, as a parking aid system and can be used to support the driver when parking in a parking space and / or when parking out of a parking space. It can also be provided that the driver assistance system is designed as a brake assistant.
  • a vehicle according to the invention comprises one according to the invention
  • the vehicle can be designed in particular as a passenger car. It can also be provided that the vehicle is designed as a commercial vehicle.
  • the invention also includes a computer program product with program code means which are stored in a computer-readable medium in order to carry out the method according to the invention and the advantageous refinements thereof when the computer program product is processed on a processor of an electronic computing device and / or an electronic control device.
  • Another aspect of the invention relates to a computer-readable medium, in particular in the form of a computer-readable floppy disk, CD, DVD, memory card, USB memory unit, or the like, in which program code means are stored in order to carry out the method according to the invention and the advantageous refinements thereof, if the
  • Program code means are loaded into a memory of an electronic computing device and / or an electronic control device and are processed on a processor of the electronic computing device and / or the electronic control device.
  • Embodiments and their advantages apply accordingly to the ultrasonic sensor device according to the invention, for the driver assistance system according to the invention, for the vehicle according to the invention for the computer program product according to the invention and for the computer-readable medium according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle which a
  • Ultrasonic sensor device having a plurality of ultrasonic sensors
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an ultrasonic sensor device which has an ultrasonic sensor with an internal computing device and an electronic control unit;
  • Fig. 3 graphs showing a test voltage of the ultrasonic sensor
  • the vehicle 1 shows a top view of a vehicle 1, which in the present case is designed as a passenger car.
  • the vehicle 1 comprises a driver assistance system 2, which serves to assist a driver in driving the vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 serves to assist a driver in driving the vehicle 1.
  • Driver assistance system 2 can be designed, for example, as a parking assistance system, by means of which a driver can be assisted when parking vehicle 1 in a parking space and / or when parking out of the parking space.
  • the driver assistance system 2 has an ultrasonic sensor device 3.
  • This ultrasonic sensor device 3 comprises at least one ultrasonic sensor 4.
  • the ultrasonic sensor device 3 comprises twelve ultrasonic sensors 4, six of which are arranged in a front region 6 of the vehicle 1 and six in a rear region 7 of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 can in particular be mounted on the bumpers of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 can at least in certain areas
  • Recesses or through openings of the bumpers can be arranged. It can also be provided that the ultrasonic sensors 4 are arranged behind the bumpers. In principle, the ultrasonic sensors 4 can also be arranged in further trim parts or components of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 can be arranged on or hidden behind the doors of the vehicle 1.
  • an object 8 can be detected in a surrounding area 9 of the vehicle 1.
  • an object 8 is shown schematically in the
  • the ultrasonic sensor device 3 comprises an electronic control unit 5, which is connected to the respective ultrasonic sensors 4 for data transmission.
  • the respective ultrasonic sensors 4 can be excited with the electronic control device 5 to emit an ultrasonic signal.
  • sensor data provided by the ultrasonic sensors 4 can be transmitted to the control device 5.
  • Based on the sensor data objects 8 in surrounding area 9 can then be recognized with control device 5.
  • This information can then be used by the driver assistance system 2 to output an output to the driver of the vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 intervenes in a steering, a braking system and / or a drive motor of the vehicle 1 in order to move the vehicle 1 in
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an ultrasonic sensor device 3 which has the electronic control unit 5.
  • the ultrasound sensor device 3 comprises an ultrasound sensor 4.
  • the ultrasound sensor 4 comprises a membrane 10, which can be made of a metal, for example, and can be cup-shaped.
  • the membrane 10 can be made of a metal, for example, and can be cup-shaped.
  • Ultrasonic sensor 4 a sound transducer element 1 1, which is connected to the membrane 10 for vibration transmission. Furthermore, the ultrasonic sensor 4 comprises an internal, electronic computing device 12 which is connected to the electronic control unit 5 for data transmission.
  • the ultrasonic sensor 4 can be operated in a measuring mode.
  • Objects 8 can be detected in the surrounding area 9 during measurement operation.
  • an ultrasonic signal is emitted with the ultrasonic sensor 4.
  • an excitation signal is applied to the sound transducer element 11, a time course of the current strength of the excitation signal being known or predetermined.
  • a test voltage U applied to the sound transducer element 11 is determined.
  • a reduced diagnosis can then be carried out on the basis of this test voltage U.
  • the sound transducer element 1 1 can by means of the
  • Computing device 12 of the ultrasonic sensor 4 can be excited with a diagnostic signal.
  • This diagnostic signal can be a frequency-modulated current signal.
  • the current strength of the diagnostic signal can have a linear positive increase followed by a linear negative increase.
  • the current strength of the diagnostic signal can have a linear positive increase followed by a linear negative increase.
  • a diagnostic voltage can be measured as a result of the diagnostic signal.
  • This diagnostic voltage can be compressed accordingly and transmitted to the control unit 5.
  • This compressed diagnostic voltage can be received by the control unit 5 and decompressed accordingly.
  • transient effects can be compensated for.
  • complete diagnostic parameters can be determined, which describe, for example, an electrical equivalent circuit diagram of the sound transducer element 11.
  • Reference diagnostic parameters can then be determined on the basis of the complete diagnostic parameters. In particular, these reference diagnostic parameters can be determined for different operating modes of the ultrasonic sensor 4.
  • the ultrasonic sensor 4 can be operated in the different operating modes. These operating modes can, for example, describe a short-range mode, a normal operating mode, a long-range mode or the like.
  • the reduced diagnostic parameters Pr can be determined with the computing device 12 on the basis of the test voltage U. For this purpose, a gradient of the test voltage grad and / or an integral of the test voltage int can first be determined. This is illustrated in connection with FIG. 3. Here is the middle
  • Test voltage U is shown as a function of time t.
  • Curves 13, 14 and 15 describe different states of sound transducer element 11.
  • curves 13, 14, 15 can describe different temperatures of sound transducer element 11.
  • the integral of the test voltage int is shown as a function of the time t.
  • Curves 16, 17 and 18 describe the integral of the test voltage int for the different states.
  • the gradient of the test voltage grad as a function of time t is shown in the lower region of FIG. 3.
  • Curves 19, 20, 21 describe the gradient of the test voltage grad for the different states. 4 shows, analogously to FIG. 3, the time profile of the test voltage U, the time profile of the integral of the test voltage int and the time profile of the gradient of the test voltage grad for another
  • the integral of the test voltage int and the gradient of the test voltage int can, for example, be weighted. 5 shows the course of different reduced ones
  • Diagnostic parameters Pr as a function of the state of the sound transducer element 11.
  • the state relates to the temperature T of the sound transducer element 11.
  • Curves 22, 23 and 24 describe reduced diagnostic parameters Pr that were determined or calculated in different ways. It can be seen here that curves 23 and 24 in particular describe the state or the temperature T are only suitable to a limited extent, since they are not continuous or not unique. In comparison to this, FIG. 6 shows curves 22, 23 and 24, which describe the differently determined reduced diagnostic parameters Pr, for another operating mode of the ultrasonic sensor 4. Here it can be seen that the state of the acoustic transducer element 11 is determined on the basis of these reduced diagnostic parameters Pr can be. For example, are suitable
  • the ultrasonic sensor 4 is then operated in the diagnostic mode.
  • Ultrasonic sensor 4 through the optimal combination of a computing and
  • Diagnostic parameters At least the following points can be varied: The division of the processes in the control unit 5 and the computing device 12, the calculation rule for the complete diagnostic parameters and the calculation rule for the reduced diagnostic parameters. In addition, the phase position between the exciting current or the excitation signal and the measured test voltage in the
  • the dimension of the reduced diagnostic parameters Pr the dimension of the complete diagnostic parameters and / or the type of excitation in the diagnostic mode can be varied.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (4) eines Fahrzeugs (1), bei welchem ein Schallwandlerelement (11) des Ultraschallsensors (4) mit einem vorbestimmten Anregungssignal angeregt wird, wobei das Anregungssignal eine vorbestimmte Stromstärke aufweist, eine elektrische Prüfspannung (U) an dem Schallwandlerelement (11) infolge des Anregungssignals gemessen wird und anhand der Prüfspannung (U) eine Diagnose des Ultraschallsensors (4) durchgeführt wird, wobei der Ultraschallsensor (4) in einem Messbetrieb zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit dem Anregungssignal angeregt wird, die elektrische Prüfspannung (U) während des Aussendens gemessen wird, anhand der elektrischen Prüfspannung (U) eine reduzierte Diagnose durchgeführt wird, wobei der Ultraschallsensor (4) in Abhängigkeit von einem Ergebnis der reduzierten Diagnose entweder weiter in dem Messbetrieb betrieben wird oder in einem Diagnosebetrieb für eine vollständige Diagnose betrieben wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs mit reduzierter Diagnose in einem Messbetrieb des Ultraschallsensors sowie
Ultraschallsensorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs, bei welchem ein Schallwandlerelement des Ultraschallsensors mit einem vorbestimmten Anregungssignal angeregt wird, wobei das Anregungssignal eine vorbestimmte Stromstärke aufweist, eine elektrische Prüfspannung an dem
Schallwandlerelement infolge des Anregungssignals gemessen wird und anhand der Prüfspannung eine Diagnose des Ultraschallsensors durchgeführt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Fahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt oder Hindernis in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs zu erfassen. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung weist üblicherweise einen Ultraschallsensor oder Ultraschallwandler auf, mit dem ein Abstand zu dem Objekt bestimmt werden kann. Der Ultraschallsensor umfasst üblicherweise eine Membran, die zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Schallwandlerelement zu mechanischen Schwingungen angeregt werden kann. Das von dem Ultraschallsensor ausgesendete Ultraschallsignal wird dann von dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des
Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten
Ultraschallsignals kann dann unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals in der Luft beziehungsweise der Schallgeschwindigkeit der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden.
Mithilfe des Schallwandlerelements wird also eine elektroakustische Energiewandlung durchgeführt. Unabhängig vom physikalischen Prinzip dieser Energiewandlung, welches unter anderem mechanisch-induktiver, mechanisch-kapazitiver, mechanisch-resistiver, magnetostriktiver oder elektrostriktiver Natur sein kann, können bei dem
Schallwandlerelement intern oder extern induzierte Veränderungen auftreten. Je nach Schwere dieser Veränderungen kann dies zu einer Verfälschung des Messergebnisses oder zu einem kompletten Ausfall des Ultraschallsensors führen. Heutzutage wird ein solcher Ausfall des Ultraschallsensors meist durch die Plausibilitätsprüfung von einem den Ultraschallsensor betreibenden System festgestellt. Veränderungen des
Ultraschallsensors, insbesondere des Schallwandlerelements, werden dagegen meist gar nicht detektiert.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen ein Ultraschallsensor zur Distanzmessung mit interner Elektronik erweitert werden kann, um eine Selbst-Diagnose durch Online-Bestimmung der Übertragungsfunktion des Schallwandlerelements durchzuführen. Auf diese Weise kann sensorintern der Ausfall des Ultraschallsensors bestimmt werden oder Veränderungen des Schallwandlerelements quantifiziert werden. Diese Prozedur kann entweder während des normalen Messbetriebs einer
Abstandsmessung durchgeführt werden oder es wird ein dezidierter Diagnosebetrieb vorgesehen, in dem keine Abstandsmessung stattfindet. Ersteres erfordert entweder eine vollständige Implementierung des Auswertealgorithmus in die Sensorelektronik und damit erhöhte Kosten im Ultraschallsensor oder aber eine Übertragung der Daten an ein übergeordnetes System und damit eine Belegung von Kommunikationsbandbreite und gegebenenfalls einer kostenintensiven Zwischenspeicherung der Sensorelektronik.
Letzteres dagegen vermindert die Leistung des Systems, da der Ultraschallsensor in der Zeit des dezidierten Diagnosebetriebs keine Abstandsmessung durchführen kann.
Hierzu beschreibt die DE 10 2014 213 122 A1 ein Verfahren zur schallbasierten
Umfelddetektion, bei welchem ein elektrisches Signal in einen Schallwandler eingeprägt wird, wodurch ein Aussenden eines akustischen Messsignals via den Schallwandler bewirkt wird. Zudem umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Beginns eines
Ausschwingdominanzbereichs anhand dem Schallwandler zugeordneter abgespeicherter Größen aus einem Datenspeicher. Ferner wird ein erstes elektrisches Signal des
Schallwandlers innerhalb des Ausschwingdominanzbereichs erfasst und charakteristische Eigenschaften, insbesondere eine Übertragungsfunktion, des Schallwandlers aus dem ersten elektrischen Signal ermittelt. Dabei ist der Ausschwingdominanzbereich derjenige Zeitbereich im Wandlersignal, welcher zwischen dem Ende des Einprägens eines auszusendenden elektrischen Messsignals und dem Ende des
Ausschwingdominanzbereichs liegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Diagnose eines Ultraschallsensors der eingangs genannten Art effizienter durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs. Bei dem Verfahren wird ein Schallwandlerelement des Ultraschallsensors mit einem vorbestimmten Anregungssignal angeregt. Dabei weist das Anregungssignal eine vorbestimmte Stromstärke auf. Darüber hinaus wird eine elektrische Prüfspannung an dem Schallwandlerelement infolge des Anregungssignals gemessen und anhand der Prüfspannung wird eine Diagnose des Ultraschallsensors durchgeführt. Hierbei ist vorgesehen, dass der Ultraschallsensor in einem Messbetrieb zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit dem Anregungssignal angeregt wird. Des Weiteren wird die elektrische Prüfspannung während des Aussendens gemessen. Anhand der elektrischen Prüfspannung wird eine reduzierte Diagnose durchgeführt, wobei der Ultraschallsensor in Abhängigkeit von einem Ergebnis der reduzierten Diagnose entweder weiter in dem Messbetrieb betrieben wird oder in einem Diagnosebetrieb für eine vollständige Diagnose betrieben wird.
Mithilfe des Verfahrens soll der Ultraschallsensor des Fahrzeugs betrieben werden. Das Verfahren kann mit einer Ultraschallsensorvorrichtung durchgeführt werden, die ein elektronisches Steuergerät aufweist. Dieses elektronische Steuergerät kann zur
Datenübertragung mit einer Recheneinrichtung des Ultraschallsensors verbunden sein. Diese Recheneinrichtung kann beispielsweise durch eine interne Sensorelektronik des Ultraschallsensors bereitgestellt werden. Dieser Ultraschallsensor kann in einem
Messbetrieb betrieben werden. In dem Messbetrieb können Objekte in dem
Umgebungsbereich des Fahrzeugs anhand der Messungen des Ultraschallsensors erkannt werden. Zu diesem Zweck kann mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet werden. Hierzu kann das Schallwandlerelement des Ultraschallsensors mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Bei dem
Schallwandlerelement kann es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handeln. Infolge der Anregung des Schallwandlerelement mit dem Anregungssignal wird das Schallwandlerelement und eine mit dem Schallwandlerelement verbundene Membran des Ultraschallsensors zum Schwingen angeregt, wodurch das Ultraschallsignal ausgesendet wird. In dem Messbetrieb des Ultraschallsensors kann zudem das von einem Objekt beziehungsweise Hindernis in dem Umgebungsbereich reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Durch das reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise das Echo des Ultraschallsignals wird die Membran und das
Schallwandlerelement zum Schwingen angeregt, wodurch mit dem Schallwandlerelement ein Sensorsignal ausgegeben wird. Auf Grundlage dieses Sensorsignals
beziehungsweise der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem Messbetrieb des Ultraschallsensors zudem eine reduzierte Diagnose durchgeführt wird. In dem Messbetrieb des Ultraschallsensors werden die Ultraschallsignale ausgesendet. Es kann auch vorgesehen sein, dass zudem in dem Umgebungsbereich reflektierte Ultraschallsignale ebenfalls in dem Messbetrieb empfangen werden. In dem Messbetrieb des Ultraschallsensors wird also eine Abstandsmessung durchgeführt. In dem Messbetreib können zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden, in denen jeweils ein Ultraschallsignal ausgesendet wird. In dem Messbetrieb wird das Schallwandlerelement des Ultraschallsignals mit dem Anregungssignal angeregt. Dabei ist die Stromstärke des Anregungssignals bekannt. Das Anregungssignal
beziehungsweise die Stromstärke des Anregungssignals kann eine konstante Frequenz aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die Frequenz der Stromstärke des Anregungssignals in Abhängigkeit von der Zeit verändert. Zudem wird während des Aussendens des Ultraschallsignals die an dem Schallwandlerelement anliegende
Prüfspannung gemessen. Diese Prüfspannung wird durch das Anregungssignal bewirkt. Die Prüfspannung kann auch als Sendespannung bezeichnet werden. In Abhängigkeit von dieser Prüfspannung wird dann die reduzierte Diagnose des Ultraschallsensors durchgeführt. Hierbei kann insbesondere die Funktionsfähigkeit des Ultraschallsensors geprüft werden.
Ferner ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis der reduzierten Diagnose entschieden wird, ob der Ultraschallsensor entweder weiter in dem Messbetrieb betrieben wird oder ob der Ultraschallsensor in den Diagnosebetrieb überführt wird, in dem eine vollständige Diagnose durchgeführt wird. Während der reduzierten Diagnose kann also entschieden werden, ob der Ultraschallsensor funktionstüchtig ist oder nicht. Ist der Ultraschallsensor funktionsfähig, kann dieser weiter in dem Messbetrieb betrieben werden. Falls erkannt wird, dass die Funktionsfähigkeit des Ultraschallsensors
beeinträchtigt sein kann, kann der Messbetrieb durchgeführt werden. Hierbei können in der vollständigen Diagnose die Funktionsfähigkeit oder mögliche Fehler des Ultraschallsensors genau bestimmt werden. Dies bedeutet, dass die vollständige
Diagnose in dem Diagnosebetrieb, während dem insbesondere eine Abstandsmessung durchgeführt wird, nur dann durchgeführt wird, falls ein Fehler des Ultraschallsensors vorhanden sein kann. Dieser Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Zustand des Ultraschallsensors beziehungsweise des Schallwandlerelements durch den Spannungsverlauf beziehungsweise die Prüfspannung während des Sendevorgangs betreiben lässt, wenn das Anregungssignal konstant oder bekannt ist. Die
Einsatzmöglichkeiten einer Selbstdiagnose-Funktion werden in der Art kombiniert, dass die jeweiligen Nachteile minimiert werden und die Vorteile maximiert werden. Dies ermöglicht insgesamt eine besonders effiziente Diagnose des Ultraschallsensors.
Bevorzugt werden mittels einer Recheneinrichtung des Ultraschallsensors anhand der Prüfspannung reduzierte Diagnoseparameter bestimmt und die reduzierte Diagnose wird anhand der reduzierten Diagnoseparameter durchgeführt. Somit kann eine
Onlinediagnose des Ultraschallsensors durchgeführt werden. Im Messbetrieb des Ultraschallsensors können also mit der Recheneinrichtung des Ultraschallsensors beziehungsweise sensorintern die reduzierten Diagnoseparameter anhand der
Prüfspannung bestimmt werden. Somit wird der Messbetrieb des Ultraschallsensors nicht oder nur im geringen Umfang beeinflusst. Zudem kann sichergestellt werden, dass Objekte in dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs mithilfe des Ultraschallsensors erkannt werden. Somit kann ein Ultraschallsensor zur Distanzmessung mit interner Recheneinrichtung oder Elektronik erweitert werden, um eine vollständige Online- Diagnose in optimaler Weise bezüglich der Kosten und/oder Nutzen beziehungsweise einer Blindheit und/oder Genauigkeit mit einer hohen Flexibilität durchzuführen. Anstatt im Betrieb des Ultraschallsensors beziehungsweise dem Messzyklus des Ultraschallsensors den kompletten Spannungsverlauf ressourcenintensiv zu analysieren oder an ein übergeordnetes System zu übertragen, werden anhand der Prüfspannung nur die reduzierten Diagnoseparameter berechnet, die den Zustand des Ultraschallsensors eingeschränkt beschreiben.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Unterschied zwischen den reduzierten Diagnoseparametern und den vorbestimmten Referenz-Diagnoseparametern bestimmt, wobei der Ultraschallsensor in dem Diagnosebetrieb betrieben wird, falls der Unterschied einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Die reduzierten Diagnoseparameter werden mit den Referenz-Diagnoseparametern verglichen, die beispielsweise in dem Diagnosebetrieb beziehungsweise während der vollständigen Diagnose ermittelt wurden. Überschreitet die Abweichung dieser beiden Parametersätze den vorbestimmten Schwellwert beziehungsweise ein Limit, so hat sich der Zustand des
Schallwandlerelements über das gesetzte Limit verändert. Somit kann eine neue umfassende Diagnose beziehungsweise die vollständige Diagnose notwendig sein und kann schließlich durchgeführt werden. Damit kann einerseits sichergestellt werden, dass der Zustand des Schallwandlerelements in jedem Messzyklus überwacht wird, was für sicherheitskritische Anwendungen unabdingbar ist. Andererseits wird die Anzahl der vollständigen Diagnosen aber auf ein Minimum reduziert und damit die durchschnittliche Messrate des Ultraschallsensors auf einem hohen Niveau gehalten.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zum Bestimmen der reduzierten Diagnoseparameter ein Gradient der Prüfspannung, ein Integral der Prüfspannung und/oder eine gewichtete Summe des Gradienten und des Integrals der Pulsspannung bestimmt. Das
Anregungssignal, mit dem das Schallwandlerelement angeregt wird, kann eine Frequenz aufweisen, die sich in Abhängigkeit von der Zeit verändert. Insbesondere kann die Stromstärke des Anregungssignals eine zeitabhängige Frequenz aufweisen. Je größer die Varianz des Anregungssignals, insbesondere bezüglich der Frequenz, ist, desto mehr Informationen lassen sich über den Zustand des Schallwandlerelements gewinnen. Um die reduzierten Diagnoseparameter zu bestimmen, kann der zeitliche Verlauf der
Prüfspannung berücksichtigt werden. Zudem können der Gradient und/oder das Integral des zeitlichen Verlaufs der Prüfspannung bestimmt werden. Der Gradient und/oder das Integral können mit einem vorbestimmten Gewichtungsfaktor gewichtet werden und anschließend summiert werden, um die reduzierten Diagnoseparameter zu bestimmen. Der Gradient, das Integral und/oder deren gewichtete Summe eignen sich insbesondere zur Bestimmung der reduzierte Diagnoseparameter, da diese Größen robust gegenüber Störungen sind.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn ein Ergebnissignal, welches das Ergebnis der reduzierten Diagnose beschreibt, von der Recheneinrichtung des Ultraschallsensors an ein
Steuergerät des Fahrzeugs übertragen wird. Gemäß einer Ausführungsform beschreibt das Ergebnissignal, ob der Unterschied zwischen den reduzierten Diagnoseparametern und den vorbestimmten Referenz-Diagnoseparametern den Schwellwert überschreitet.
Als das Ergebnissignal kann im einfachsten Fall einen Informationsgehalt von einem Bit aufweisen. Somit können die beiden Zustände beschrieben werden, dass der Unterschied den Schwellenwert überschreitet oder dass der Unterschied den Schwellenwert unterschreitet. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Bereitstellen des
Ergebnissignals ein Flag gesetzt wird, welches entweder den Wert 0 oder den Wert 1 aufweist. Somit ist zwischen der sensorinternen Recheneinrichtung und dem elektronischen Steuergerät eine Ableitung mit einer geringen Datenübertragungsrate ausreichend. Auf diese Weise können Kosten und Rechenleistung eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beschreibt das Ergebnissignal einen Zustand des Ultraschallsensors, welcher anhand der reduzierten Diagnoseparameter bestimmt wird, und/oder das Ergebnissignal beschreibt zuvor bestimmte Zustände des
Ultraschallsensors. Der Grad der reduzierten Diagnose kann anwendungsspezifisch gewählt werden, indem die Berechnungsvorschrift und die Dimension der reduzierten Diagnoseparameter variiert wird. So kann beispielsweise bereits in der reduzierten Diagnose die Art der Veränderung beziehungsweise des Zustands des Ultraschallsensors abgeschätzt werden. Beispielsweise kann abgeleitet werden, ob sich die Temperatur verändert hat oder ob eine Verschmutzung an dem Ultraschallsensor beziehungsweise dessen Membran vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Historie dieser Veränderung bestimmt werden. Dem übergeordneten System beziehungsweise dem elektronischen Steuergerät werden somit zusätzliche Informationen zur Verfügung gestellt, wodurch der Entscheidungsspielraum gesteigert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden die Referenz-Diagnoseparameter in dem Diagnosebetrieb des Ultraschallsensors anhand von vollständigen Diagnoseparametern bestimmt. Diese vollständigen Diagnoseparameter können den Zustand des
Ultraschallsensors, des Schallwandlerelements und/oder der äußeren Einflüsse für den aktuellen Zeitraum beschreiben. Beispielsweise können die vollständigen
Diagnoseparameter beschreiben, ob der Ultraschallsensor oder das
Schallwandlerelement funktionsfähig ist. Ferner können die vollständigen
Diagnoseparameter eine Alterung des Schallwandlerelements beschreiben. Die vollständigen Diagnoseparameter können auch beschreiben, ob sich Schmutz, Eis, Schnee oder dergleichen an der Membran befindet. Die vollständigen Diagnoseparameter können auch äußere Einflüsse, die auf den Ultraschallsensor einwirken, wie
beispielsweise die Temperatur, beschreiben. Anhand der vollständigen
Diagnoseparameter können dann Referenz-Diagnoseparameter bestimmt
beziehungsweise angepasst werden. Dies ermöglicht insgesamt eine zuverlässige Aussage über die Funktionsweise des Ultraschallsensors beziehungsweise des
Schallwandlerelements während der reduzierten Diagnose.
Die vollständigen Diagnoseparameter können ein elektrisches Modell oder
Ersatzschaltbild des Ultraschallsensors beschreiben. Hierbei ist vorteilhaft, wenn das elektrische Modell des Ultraschallsensors durch einen ersten Kondensator, einen zum ersten Kondensator separaten zweiten Kondensator, einer ersten Induktivität, einer zu ersten Induktivität separaten zweiten Induktivität, einen ersten ohmschen Widerstand und einen zum ersten ohmschen Widerstand separaten zweiten ohmschen Widerstand gebildet wird, wobei der erste Kondensator, die erste Induktivität und der erste ohmsche Widerstand in Serie verschaltet werden und der zweite Kondensator, die zweite
Induktivität und der zweite ohmsche Widerstand jeweilig parallel zu der Serienschaltung geschaltet werden. Insbesondere bilden der zweite Kondensator, die zweite Induktivität und der zweite ohmsche Widerstand die elektrischen, insbesondere parasitären, Eigenschaften der Bauteile des Ultraschallsensors ab. Diese Eigenschaften werden in dem elektrischen Modell mit berücksichtigt. Mittels des ersten Kondensators kann beispielsweise eine mechanische Nachgiebigkeit, welche dem Reziprokwert der
Steifigkeit entspricht, der Membran des Ultraschallsensors beschrieben werden. Mittels der ersten Induktivität kann insbesondere eine bewegende Masse der Membran beschrieben werden. Mittels des ersten ohmschen Widerstands kann insbesondere eine Dämpfung des Ultraschallsignals beschrieben werden. Insbesondere kann mittels der physikalischen Kapazität, der mechanischen Nachgiebigkeit der bewegenden Masse und der Dämpfung der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die vollständigen Diagnoseparameter und/oder die reduzierten Diagnoseparameter in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Ultraschallsensors in dem Messbetrieb bestimmt. Der Ultraschallsensor kann mit dem Messbetrieb beziehungsweise für die Abstandsmessung in unterschiedlichen
Betriebsmodi betrieben werden. Ein Betriebsmodus kann beispielsweise ein
Nahbereichsmodus sein, in welchem Objekte im Nahbereich erkannt werden können. Ferner kann ein Betriebsmodus ein normaler Betriebsmodus, ein Fernbereichsmodus oder dergleichen sein. Die Betriebsmodi können sich bezüglich des Anregungssignals unterscheiden. Insbesondere können sich die Betriebsmodi bezüglich einer zeitlichen Dauer des Anregungssignals, einer Frequenz, einer Spannung, einer Stromstärke oder dergleichen voneinander unterscheiden. Wenn nun die reduzierten Diagnoseparameter und/oder die vollständigen Diagnoseparameter in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebsmodus des Ultraschallsensors bestimmt werden, ermöglicht dies insgesamt eine zuverlässigere Diagnose.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Schallwandlerelement in dem Diagnosebetrieb mit einem vorbestimmten Diagnosesignal angeregt wird und eine elektrische
Diagnosespannung infolge des Diagnosesignals bestimmt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass eine Stromstärke des Diagnosesignals frequenzmoduliert ist. Bevorzugt weist die Frequenz der Stromstärke des Diagnosesignals einen linearen positiven Anstieg gefolgt von einem linearen negativen Anstieg auf. Mit anderen Worten umfasst das Diagnosesignal einen linearen Chrip-up und einen darauffolgenden linearen Chirp-down. Die umfassende beziehungsweise die vollständige Diagnose basiert auf einer Anregung des Schallwandlerelements mit einem stromgesteuerten
frequenzmodulierten Diagnosesignal kurzer Dauer. Beispielsweise kann die zeitliche Dauer des Diagnosesignals mehrere Millisekunden betragen. Zudem wird die
Diagnosespannung an dem Schallwandlerelement gemessen. Aus dem Verlauf dieser Diagnosespannung werden dann die vollständigen Diagnoseparameter bestimmt. Dies kann beispielsweise über eine Look-up-Tabelle oder über die Parametrierung von Modellen erfolgen. Für letzteres ist es aufgrund der kurzen Anregungsdauer im
Allgemeinen erforderlich, eine Kompensation von transienten Effekten durchzuführen, um eine Generalisierung zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform werden für die reduzierte Diagnose und/oder die vollständige Diagnose zusätzlich Ausschwingparameter, welche während eines Ausschwingens einer Membran des Ultraschallsensors bestimmt werden, berücksichtigt. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird der Ultraschallsensor mit dem Anregungssignal angeregt. Nach dem Anregen des Ultraschallsensors beziehungsweise des Schallwandlerelements mit dem Anregungssignal schwingt die Membran des Ultraschallsensors für eine
vorbestimmte Ausschwingdauer aus. Während dieses Ausschwingens beziehungsweise während der Ausschwingdauer können Ausschwingparameter bestimmt werden. Die Ausschwingparameter können beispielsweise die Ausschwingfrequenz, die
Ausschwingdauer und/oder die Form der Ausschwingungsamplitude beschreiben.
Anhand dieser Ausschwingparameter kann beispielsweise auf zuverlässige Weise erkannt werden, ob sich eine Verschmutzung, Schnee, Eis oder dergleichen an der Membran des Ultraschallsensors befindet.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung umfasst ein elektronisches Steuergerät und zumindest einen Ultraschallsensor, welcher eine elektronische
Recheneinrichtung aufweist. Die Ultraschallsensorvorrichtung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist. Diese können dann verteilt an dem Fahrzeug angeordnet werden. Falls anhand der reduzierten Diagnose und/oder der vollständigen Diagnose erkannt wird, dass eine Funktionsfähigkeit des Ultraschallsensors beeinträchtigt ist, kann mit der Ultraschallsensorvorrichtung ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden. In Abhängigkeit von dem Warnsignal kann der Nutzer des Fahrzeugs entsprechend gewarnt werden oder darauf hingewiesen werden, dass der
Ultraschallsensor nicht funktionsfähig ist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem umfasst eine erfindungsgemäße
Ultraschallsensorvorrichtung. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein und dazu dienen, den Fahrer beim Einparken in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus einer Parklücke zu unterstützen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem als Bremsassistent ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße
Ultraschallsensorvorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Fahrzeug kann insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer elektronischen Recheneinrichtung und/oder eines elektronischen Steuergeräts abgearbeitet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die
Programmcodemittel in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung und/oder eines elektronischen Steuergeräts geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung und/oder des elektronischen Steuergeräts abgearbeitet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Fahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte
Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine
Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung, welche einen Ultraschallsensor mit einer internen Recheneinrichtung sowie ein elektronisches Steuergerät aufweist;
Fig. 3 Graphen, welche eine Prüfspannung des Ultraschallsensors, einen
Gradienten der Prüfspannung sowie ein Integral der Prüfspannung beschreiben; Fig. 4 Graphen, welche für einen weiteren Betriebsmodus des Ultraschallsensors die Prüfspannung, den Gradienten der Prüfspannung und das Integral der Prüfspannung beschreiben;
Fig. 5 verschiedene reduzierte Diagnoseparameter in Abhängigkeit von einem
Zustand eines Schallwandlerelements des Ultraschallsensors; und Fig. 6 verschiedene reduzierte Diagnoseparameter des Schallwandlerelements in Abhängigkeit von dem Zustand für einen weiteren Betriebsmodus des Ultraschallsensors. In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 , welches vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Das
Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem ein Fahrer beim Einparken des Fahrzeugs 1 in einer Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann. Das Fahrerassistenzsystem 2 weist eine Ultraschallsensorvorrichtung 3 auf. Diese Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4, von denen sechs in einem Frontbereich 6 des Fahrzeugs 1 und sechs in einem Heckbereich 7 des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Fahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden
Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch in weiteren Verkleidungsteilen oder Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Objekte 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem
Umgebungsbereich 9 gezeigt. Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 verbunden ist. Mit dem elektronischen Steuergerät 5 können die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden eines Ultraschallsignals angeregt werden. Zudem können Sensordaten, die von den Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an das Steuergerät 5 übertragen werden. Auf Grundlage der Sensordaten können dann mit dem Steuergerät 5 die Objekte 8 in dem Umgebungsbereich 9 erkannt werden. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 dazu genutzt werden, eine Ausgabe an den Fahrer des Fahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor des Fahrzeugs 1 eingreift, um das Fahrzeug 1 in
Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ultraschallsensorvorrichtung 3, welche das elektronische Steuergerät 5 aufweist. In der vorliegenden vereinfachten Darstellung umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 einen Ultraschallsensor 4. Der Ultraschallsensor 4 umfasst eine Membran 10, welche beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein kann und topfförmig ausgebildet sein kann. Zudem umfasst der
Ultraschallsensor 4 ein Schallwandlerelement 1 1 , welches mit der Membran 10 zur Schwingungsübertragung verbunden ist. Des Weiteren umfasst der Ultraschallsensor 4 eine interne, elektronische Recheneinrichtung 12, welche zur Datenübertragung mit dem elektronischen Steuergerät 5 verbunden ist.
Der Ultraschallsensor 4 kann in einem Messbetrieb betrieben werden. In dem
Messbetrieb können die Objekte 8 in dem Umgebungsbereich 9 erfasst werden. In dem Messbetrieb wird mit dem Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet. Hierzu wird an dem Schallwandlerelement 1 1 ein Anregungssignal angelegt, wobei ein zeitlicher Verlauf der Stromstärke des Anregungssignals bekannt beziehungsweise vorbestimmt ist. Während des Aussendens des Ultraschallsignals wird eine an dem Schallwandlerelement 1 1 anliegende Prüfspannung U bestimmt. Anhand dieser Prüfspannung U kann dann eine reduzierte Diagnose durchgeführt werden. Auf Grundlage der reduzierten Diagnose kann dann entschieden werden, ob der Ultraschallsensor 4 weiter in dem Messbetrieb betrieben wird oder ob der Ultraschallsensor 4 in einem Diagnosebetrieb betrieben wird, indem eine vollständige Diagnose durchgeführt wird.
Falls von dem Steuergerät 5 der Diagnosebetrieb beziehungsweise die vollständige Diagnose gefordert wird, kann das Schallwandlerelement 1 1 mittels der
Recheneinrichtung 12 des Ultraschallsensors 4 mit einem Diagnosesignal angeregt werden. Dieses Diagnosesignal kann ein frequenzmoduliertes Stromsignal sein.
Insbesondere kann die Stromstärke des Diagnosesignals einen linearen positiven Anstieg gefolgt von einem linearen negativen Anstieg aufweisen. Zudem kann an dem
Schallwandlerelement 1 1 eine Diagnosespannung infolge des Diagnosesignals gemessen werden. Diese Diagnosespannung kann entsprechend komprimiert werden und an das Steuergerät 5 übertragen werden. Von dem Steuergerät 5 kann diese komprimierte Diagnosespannung empfangen werden und entsprechend dekomprimiert werden. Ferner können transiente Effekte kompensiert werden. Im Anschluss daran können vollständige Diagnoseparameter ermittelt werden, welche beispielsweise ein elektrisches Ersatzschaltbild des Schallwandlerelements 1 1 beschreiben. Auf Grundlage der vollständigen Diagnoseparameter können dann Referenz-Diagnoseparameter ermittelt werden. Insbesondere können diese Referenz-Diagnoseparameter für unterschiedliche Betriebsmodi des Ultraschallsensors 4 ermittelt werden.
In dem Messbetrieb kann der Ultraschallsensor 4 in den unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden. Diese Betriebsmodi können beispielsweise einen Nahbereichsmodus, einen normalen Betriebsmodus, einen Fernbereichsmodus oder dergleichen beschreiben. Hierbei können mit der Recheneinrichtung 12 anhand der Prüfspannung U die reduzierten Diagnoseparameter Pr ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann zunächst ein Gradient der Prüfspannung grad und/oder ein Integral der Prüfspannung int bestimmt werden. Dies ist im Zusammenhang mit Fig. 3 veranschaulicht. Hier ist im mittleren Bereich die
Prüfspannung U in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Dabei beschreiben die Kurven 13, 14 und 15 unterschiedliche Zustände des Schallwandlerelements 1 1 . Beispielsweise können die Kurven 13, 14, 15 unterschiedliche Temperaturen des Schallwandlerelements 1 1 beschreiben. Im oberen Bereich von Fig. 3 ist das Integral der Prüfspannung int in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Dabei beschreiben die Kurven 16, 17 und 18 das Integral der Prüfspannung int für die unterschiedlichen Zustände. Im unteren Bereich von Fig. 3 ist der Gradient der Prüfspannung grad in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Hierbei beschreiben die Kurven 19, 20, 21 den Gradient der Prüfspannung grad für die unterschiedlichen Zustände. Fig. 4 zeigt analog zu Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Prüfspannung U, den zeitlichen Verlauf des Integrals der Prüfspannung int und den zeitlichen Verlauf des Gradienten der Prüfspannung grad für einen anderen
Betriebsmodus des Ultraschallsensors 4.
Um die reduzierten Diagnoseparameter Pr zu bestimmen, kann beispielsweise das Integral der Prüfspannung int und der Gradient der Prüfspannung int gewichtet summiert werden. Hierzu zeigt Fig. 5 den Verlauf von unterschiedlichen reduzierten
Diagnoseparametern Pr in Abhängigkeit von dem Zustand des Schallwandlerelements 1 1. Vorliegend betrifft der Zustand die Temperatur T des Schallwandlerelements 1 1 .
Dabei beschreiben die Kurven, 22, 23 und 24 reduzierte Diagnoseparameter Pr, die auf unterschiedliche Weisen bestimmt beziehungsweise berechnet wurden. Hierbei ist zu erkennen, dass insbesondere Kurven 23 und 24 zur Beschreibung des Zustands beziehungsweise der Temperatur T nur bedingt geeignet sind, da diese nicht stetig beziehungsweise nicht eineindeutig sind. Im Vergleich hierzu zeigt Fig. 6 die Kurven 22, 23 und 24, welche die unterschiedlich bestimmten reduzierten Diagnoseparameter Pr beschreiben, für einen anderen Betriebsmodus des Ultraschallsensors 4. Hier ist zu erkennen, dass anhand dieser reduzierten Diagnoseparameter Pr der Zustand des Schallwandlerelements 1 1 ermittelt werden kann. Beispielsweise eignen sich
insbesondere die Kurven 23 und 24 hierzu.
Es kann dann überprüft werden, ob die reduzierten Diagnoseparameter Pr einen
Unterschied zu den Referenz-Diagnoseparametern aufweisen. Falls der Unterschied zwischen den reduzierten Diagnoseparametern Pr und den Referenz- Diagnoseparametern einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann ein entsprechendes Flag gesetzt werden beziehungsweise ein Ergebnissignal ausgegeben werden. In diesem Fall wird dann der Ultraschallsensor 4 in dem Diagnosebetrieb betrieben.
Insgesamt kann somit ein Verfahren zur vollständigen Online-Diagnose des
Ultraschallsensors 4 durch die optimale Kombination einer rechen- und
ressourceneffizienten aber permanenten, veränderungsfokussierten Methode mit einer umfassenden aber bedarfsgesteuerten Prozedur ermöglicht werden. Bei der reduzierten Diagnose während des Messbetriebs kann ein Veränderungsmonitoring durchgeführt werden. Hierbei wird eine für den Betriebsmodus spezifische, sensorinterne Berechnung der reduzierten Diagnoseparameter in jedem Sendezyklus auf Basis des Gradienten der Prüfspannung grad und des Integrals der Prüfspannung int durchgeführt. Ferner erfolgt eine Beobachtung des Unterschieds dieser Parameter zu den Referenz- Diagnoseparametern. Die umfassende Selbst-Diagnose beziehungsweise vollständige Diagnose in dem dezidierten Diagnosemodus wird durchgeführt, falls der Unterschied den Schwellwert überschreitet. Bei der umfassenden Diagnose beziehungsweise während des Diagnosemodus wird das Schallwandlerelement 1 1 mit dem Diagnosesignal
beaufschlagt. Ferner erfolgen die Messung der Diagnosespannung sowie die
Kompensation der transienten Effekte. Zudem wird der aktuelle Zustand des
Schallwandlerelements 1 1 oder des Ultraschallsensors 4 bestimmt und die Reaktion des Ultraschallsensors 4 auf den diagnostizierten Zustand bestimmt. Schließlich erfolgt ein Update der reduzierten Diagnoseparameter auf Grundlage der vollständigen
Diagnoseparameter. Dabei können mindestens die nachfolgenden Punkte variiert werden: Die Aufteilung der Prozesse in dem Steuergerät 5 und der Recheneinrichtung 12, die Berechnungsvorschrift für die vollständigen Diagnoseparameter und die Berechnungsvorschrift für die reduzierten Diagnoseparameter. Zudem kann die Phasenlage zwischen dem anregenden Strom oder dem Anregungssignal und der gemessenen Prüfspannung in der
vollständigen und/oder reduzierten Diagnose berücksichtigt werden. Des Weiteren können die Dimension der reduzierten Diagnoseparameter Pr, die Dimension der vollständigen Diagnoseparameter und/oder die Art der Anregung im Diagnosebetrieb variiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (4) eines Fahrzeugs (1 ), bei welchem ein Schallwandlerelement (1 1 ) des Ultraschallsensors (4) mit einem vorbestimmten Anregungssignal angeregt wird, wobei das Anregungssignal eine vorbestimmte Stromstärke aufweist, eine elektrische Prüfspannung (U) an dem Schallwandlerelement (1 1 ) infolge des Anregungssignals gemessen wird und anhand der Prüfspannung (U) eine Diagnose des Ultraschallsensors (4) durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ultraschallsensor (4) in einem Messbetrieb zum Aussenden eines
Ultraschallsignals mit dem Anregungssignal angeregt wird, die elektrische
Prüfspannung (U) während des Aussendens gemessen wird, anhand der elektrischen Prüfspannung (U) eine reduzierte Diagnose durchgeführt wird, wobei der Ultraschallsensor (4) in Abhängigkeit von einem Ergebnis der reduzierten Diagnose entweder weiter in dem Messbetrieb betrieben wird oder in einem Diagnosebetrieb für eine vollständige Diagnose betrieben wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels einer Recheneinrichtung (12) des Ultraschallsensors (4) anhand der Prüfspannung (U) reduzierte Diagnoseparameter (Pr) bestimmt werden und die reduzierte Diagnose anhand der reduzierten Diagnoseparameter (Pr) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Unterschied zwischen den reduzierten Diagnoseparametern (Pr) und vorbestimmten Referenz-Diagnoseparametern bestimmt wird, wobei der
Ultraschallsensor (4) in dem Diagnosebetrieb betrieben wird, falls der Unterschied einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der reduzierten Diagnoseparameter (Pr) ein Gradient der
Prüfspannung (grad), ein Integral der Prüfspannung (Int) und/oder eine gewichtete Summe des Gradienten der Prüfspannung (grad) und des Integrals der
Prüfspannung (int) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ergebnissignal, welches das Ergebnis der reduzierten Diagnose beschreibt, von der Recheneinrichtung (12) des Ultraschallsensors (4) an ein Steuergerät (5) des Fahrzeugs (1 ) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ergebnissignal beschreibt, ob der Unterschied zwischen den reduzierten Diagnoseparametern (Pr) und den vorbestimmten Referenz-Diagnoseparametern den Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ergebnissignal eine Zustand des Ultraschallsensors (4), welcher anhand der reduzierten Diagnoseparameter (Pr) bestimmt wird, und/oder zuvor bestimmte Zustände des Ultraschallsensors beschreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Referenz-Diagnoseparameter in dem Diagnosebetrieb des Ultraschallsensors (4) anhand von vollständigen Diagnoseparametern bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die vollständigen Diagnoseparameter und/oder die reduzierten Diagnoseparameter (Pr) in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Ultraschallsensors (4) in dem Messbetrieb bestimmt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schallwandlerelement (1 1 ) in dem Diagnosebetrieb mit einem vorbestimmten Diagnosesignal angeregt wird und eine elektrische Diagnosespannung infolge des Diagnosesignals bestimmt wird.
1 1 Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Stromstärke des Diagnosesignals frequenzmoduliert ist, wobei eine Frequenz der Stromstärke des Diagnosesignals insbesondere einen linearen positiven Anstieg gefolgt von einem linearen negativen Anstieg aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die reduzierte Diagnose und/oder die vollständige Diagnose zusätzlich
Ausschwingparameter, welche während eines Ausschwingens einer Membran (10) des Ultraschallsensors (4) bestimmt werden, berücksichtigt werden.
13. Ultraschallsensorvorrichtung (3) mit einem elektronischen Steuergerät (5) und mit zumindest einen Ultraschallsensor (4), welche eine elektronische
Recheneinrichtung (12) aufweist, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem
computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer elektronischen Recheneinrichtung (12) eines
Ultraschallsensors (4) und/oder eines elektronischen Steuergeräts (5) abgearbeitet wird.
15. Computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem
Programmcodemittel gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung (12) eines Ultraschallsensors und/oder eines elektronischen Steuergeräts (5) geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung (12) und/oder des elektronischen
Steuergeräts (5) abgearbeitet werden.
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