用于超声波传感器的功能检验的方法

专利名称：用于超声波传感器的功能检验的方法
技术领域：
本发明涉及根据独立权利要求的类型的用于机动车上超声波传感器的 功能检验的方法。
背景技术：
由DE 4338743 Al公知了一种用于检验超声波传感器的装置及方法。 为此在机动车旁边与超声波传感器相距一个确定的距离地设置一个反射物 体，其中，求出由该物体反射的信号振幅的大小作为用于超声波传感器的 灵敏度的量度。由超声波信号到确定的障碍物的传播时间也可确定出环境 温度。在其周围环境中在机动车旁边真正具有障碍物的那些传感器上可以 进行相应的测量。
此外公知了 在超声波距离测量时发射出的信号不仅被机动车周围环 境中的障碍物反射，而且也可能信号由地面反射及传送回机动车。该效果 通常是不希望的，因为由车道表面的反射可能被错误地判断为机动车周围 环境中的障碍物。因此可导致发出一个在机动车周围环境中有障碍物的警
报，尽管在推测的位置上不具有障碍物。对此例如由EP935765 Bl公知了 对于地面回波的可能距离，通过有针对性地降低灵敏度来排除相应的错误 检测。相应地也可以适配发射信号，以避免由地面反射引起的错误检测。

发明内容
相比之下，根据本发明的具有并列独立权利要求的特征的用于超声波 传感器的功能检验的方法及距离测量装置具有其优点，即发射信号可被这 样适配，使得在用于超声波传感器的检验工作中，在传统的条件下由地面 反射的超声波信号可由该传感器本身或由机动车上另一超声波传感器检测 到。由此可作到以简单的方式检验超声波传感器的功能。因为即使当机动 车周围没有产生反射信号的适当障碍物，至少对于超声波传感器是否发送一个超声波信号的检验也是可以的。当机动车上的安装地点使得不能利用 机动车上的物体来用于反射超声波信号时，也可进行检验。
传统的条件在此情况下应理解为机动车位于一个通常的路面上。地 面反射的前提是，相应地在机动车的前面也存在地面。如果机动车用其车 尾或用车头伸入一个例如形成一停车位边界的灌木中，则这种传统的条件 未给出。这同样适用机动车这样地泊车，即在机动车前面无地面，例如在 一个设置于陡坡上的停车位中。此外信号应被这样强地确定，以致即使在 稍微不利的气候条件下如下雨时也可检测到由地面反射的超声波信号。
在常规距离测量时，这样选择发射的超声波信号和/或信号检测，以致 尽可能地完全检测不到地面回波，与该常规距离测量相反地，在检验工作 中发射的超声波信号的振幅和/或持续时间被这样的增大或延长，以致在按 规定工作的超声波传感器上也可检测到地面回波的反射。如果确定出超声 波传感器的功能正常，则驾驶员了解到他可信赖所使用的传感器。由此驾 驶员也了解到他能可靠地得到机动车周围环境中有障碍物的警报。如果 不能确定超声波传感器的功能正常，则优选对驾驶员发出警报。他现在将 会了解由于超声波传感器的污染或传感器本身的故障，他将不能信赖可 能输出给他的距离警报。因此他必需自己监测机动车的周围区域，以避免 撞车。在一定情况下，为了恢复正常功能，为超声波传感器消除污物或雪 即可。
通过在从属权利要求中描述的措施可得到权利要求1中给出的方法的 有利的进一步构型及改进。特别有利的是，首先不使用发射的超声波信号 的持续时间和/或振幅的最大值来开始测量。在许多情况下，为了检测地面 回波使用小的振幅或短的信号持续时间就足够。如果在此情况下检测到地 面回波，则就可确定出功能正常。对于不能检测到地面回波的情况，可增 大振幅或延长信号持续时间。通过在短的信号持续时间的情况下开始-对 于该信号持续时间足够的情况-可减小测量时间。当要检验传感器是否真 正存在可靠的功能正常时，多次相继地进行检验测量是特别有利的。此外
通过逐步增大增益也可检测关于所确定出的灵敏度的级别。
此外有利的是，除了是否接收到地面回波的单纯检测外，还可对接收 信号的振幅的大小进行分析处理。在一定情况下由此也可确定出超声波传感器的一个临界状态，这时虽然仍可进行检测，但可能被污泥或雪己污染 到如此程度，以致极大地影响到传感器的性能。
此外有利的是，为了检测地面回波在等待地面回波的时间上提高超声 波传感器的灵敏度。该时间窗大致可由传感器装置相对车道的几何布置来 确定。通过更高的灵敏度可更好地检测地面回波。因为这尤其要视传感器 是否确实发射了一个回波信号而定，该回波信号被反射，因此即使在地面 例如由于少量的植被仅差地反射超声波信号时，也可进行超声波传感器的 功能检验。


本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中对其详细地描述。 附图表示
图1:装在机动车尾部上的一个根据本发明的距离测量装置的概要视
图，
图2:机动车的地面以上的侧视图，
图3:用于增长或加大发射信号的振幅的多个实施例， 图4:接收超声波传感器随时间的一灵敏度曲线，其中带有标出的、 接收的来自地面回波的超声波信号的包络曲线， 图5: —个根据本发明的方法流程。
具体实施例方式
图1中表示一个机动车1的尾部。在机动车的后边缘2上设置有超声 波传感器3， 3'。相应地也可在机动车的前侧选择这样一个装置。在一个优 选的实施例中也可在机动车的侧面角上设置超声波传感器4。这些超声波传 感器例如通过总线系统5与控制单元6相连接。控制单元6控制借助超声 波传感器3， 3'， 4的超声波信号的发射。这些超声波传感器例如各具有一 个压电元件，该压电元件通过电激励来激发一个膜片以发射超声波。这些 超声波被一个可能位于机动车外围环境中的障碍物反射及反射回超声波传 感器。控制单元6可将超声波传感器3， 3'， 4转换到一个接收模式。在接
收模式中反射回的超声波将超声波传感器的膜片激励到振动。该振动可通过压电元件转换成电信号。这些电信号或者在超声波传感器3， 3'， 4中或 者在控制单元6中被分析处理。该分析处理优选这样地进行，即将电信号 的振幅与一个阈值以适当的方式相比较。如果该阈值被超过，则认为接收 到超声波信号。由信号发射的时刻及信号接收的时刻确定出信号的传播时 间。因此在计入超声波的速度的情况下可确定出传感器3， 4即机动车与机 动车外部的一个障碍物之间的到障碍物的距离。如果该距离小于一个预给 定的量度、例如一米，则通过显示单元8发出视觉警报和/或通过扬声器7 发出声音警报。控制单元6还以根据本发明的方式被设计用于执行超声波 传感器3， 4的检验。在一个第一实施形式中该检验在机动车起动时进行。 在另一实施形式中，该检验也可当超声波传感器3， 4每次被启动例如用于 待进行的泊车过程时进行。而在又一实施形式中，也可在超声波传感器使 用期间以规定的时间间隔重复进行该功能检验。
图2中表示机动车1，在它的保险杠10上设置了超声波传感器3， 4。 图2中示例地示出这些超声波传感器中的一个。超声波传感器3'产生出一 个大致锥形的声场11。如果在机动车的后面具有一个点状线表示的障碍物 12，则超声波由该障碍物反射回多个超声波传感器3中的至少一个上。但 在本例中在机动车的后面应无障碍物，该机动车停在地面20上。由于超声 波射束在地面20上缓斜的入射角，大量入射的超声波离开机动车1地被反 射。由于在通常的车道铺面、例如沥青的情况下地面20的不平整度实际上 总是存在的，故也有发射出的超声波信号的一小部分按照箭头21由地面20 反射回超声波传感器3'或反射回相邻的超声波传感器3中的一个上。对于 测量例如到障碍物12的距离，来自地面20的回波是不希望有的。因此通 常使用一个超声波信号，它的振幅如此地小或它的信号持续时间如此地小， 以致由地面反射的超声波信号不会干扰测量。但在根据本发明的方式中， 对于当前的检验工作，发射的超声波信号具有相应高的振幅或具有相应长 的信号持续时间，使得由地面20反射的、按照箭头符号21的超声波信号 又被超声波传感器3'中的至少一个接收。
在此情况下，在第一实施形式中这样地进行测量，即超声波传感器3' 发射一个超声波信号及接着转换到接收工作中，以致该超声波传感器本身 也可接收由它自己发射的超声波信号。在另一工作方式中，其它的超声波传感器3被转换到接收工作方式中，以便接收由超声波传感器3'发射的超
声波信号。
在图3中记录了超声波传感器3'的发射信号随时间的振幅。在Y轴 31上记录了振幅，而在X轴30上记录了时间。阴影线表示一个超声波信 号32，它用于从机动车l出发的距离测量。
为了接收物体反射波，典型的发射时间例如为30(His。对于检测地面 的检验测量，例如将发射脉冲延长到70(Him才有意义。这同样地适用于压 电元件的控制电压，在常规测量时该控制电压为120V，在检验测量时可为 例如150V。
在这里所示的实施例中，在所述预给定的发射持续时间上，膜片在一 预给定的时间上一起被激励至振动。振动的起振特性及衰减特性在根据图3 的示图中被忽略。为了保证由地面可靠地反射，在第一实施形式中可根据 虚线33来简单地延长发射信号。在另一实施形式中，发射信号也可根据虚 线被提高至一个更大的振幅34。并且也可为两个措施的组合，即可提高振 幅且延长信号持续时间。尤其是脉冲的拓宽有助于改善由地面反射的回波 的可检测性。普遍适用的是，脉冲持续愈长及振幅愈大，可越好地识别到 地面回波。在许多情况下为了得到地面回波的可靠反射，使脉冲持续时间 翻倍或三倍已足够。视机动车上安装地点而定可能必需改变相应的标准值。 例如保险杠的高度视机动车类型而不同在载重汽车或越野汽车上保险杠 的高度例如大于传统的个人小汽车上保险杠的高度。相应地，在检验工作 中发射信号的脉冲持续时间和/或幅度大小必要时必需适配于超声波传感 器在机动车上的安装位置。
在检验测量的情况下，在第一次测量时例如不必直接地发射例如相应 于虚线34的最大持续时间及最大振幅。例如可以是，首先仅使脉冲持续时 间为双倍，这相应于虚线33。在下一步骤中可使振幅升高50%，这相应于 点划线35。在另一步骤中才使用符合最大振幅34的发射信号。当在此情况 下还检测不到地面回波时，才发出一个出错报告。
出错报告例如由控制单元6输出到显示单元8上。在显示器上例如对 驾驶员指示"距离测量装置受干扰"。相应地也1可通过扬声器7发出警 报音。图4中表示超声波传感器3， 3'的接收特性。这里接收到的超声波信 号的包络曲线的幅值(包络线值)相对X轴40上的时间被记录在Y轴41 上。灵敏度曲线42给出何时检测到一个接收信号。如果进入的信号位于灵 敏度曲线42以上，则检测出该信号。如果该信号位于其下，则检测不到信 号。灵敏度曲线42用于可以滤掉尤其是由噪音引起的干扰。在第一时间 间隔43中设有一个无效时间，它能够作到不会由超声波传感器的暂态特 性引起干扰。接着对于测量工作，必要时可根据虚线44短时地通过阈值的 提高使灵敏度下降，以排除地面回波。对于检验工作，优选取消该灵敏度 下降，由此灵敏度曲线42可用于检验工作。在另一实施形式中用于检验工 作的测量的、通常使用的灵敏度水准也可被降低到一个更低的水准45上。
在根据图4的视图中示范地表示出三个不同的反射的地面回波信号。 这些信号由第一信号51经过第二信号52到第三信号53在其强度上增大。 第一信号51仅在灵敏度水准下降到水准45时被检测到。第二信号仅当灵 敏度水准平移到与灵敏度曲线42相应的标准值时被识别出。第三信号如此 地强，以致它总是超过常规的灵敏度水准42。图4中表示发射出的超声波 信号真正规则地分布的反射。通过部分地在很小的散射中心上不规则散射 该信号也可得到完全不规则的结构。为了确定是否接收到一个输入信号， 只要在信号接收期间的至少一个时刻上一个相应预给定的阈值被超过即 可，该阈值必需足够大，以便能使真正的被反射的信号与总是存在的背景 噪音分开。
图5中表示一个根据本发明的方法的流程。通过一个初始化步骤60 开始了超声波传感器的根据本发明的检验方法。在一定情况下该检验方法 可对于一个机动车上的多个超声波传感器相继地执行。在发射步骤61中发 射一个超声波信号，该超声波信号相对常规距离测量工作所使用的信号在 其持续时间和/或其振幅上增大。在接着的第一检验步骤62中将检验发 射出的超声波信号是否又被接收到。为此发送传感器和/或机动车上的其它 超声波传感器被转换到接收工作中。如果在一个大约相应于一个信号到地 面20及返回到一个超声波传感器的传播时间的持续时间后检测到一个超声 波信号，则接收到地面回波。由此该检验方法结束在一个第一结束步骤63 中。在此情况下确定出该超声波传感器工作正常。必要时该检验方法对于一个超声波传感器也可多次相继地进行。在此情况下，优选仅当多次、例 如三次相继进行检验，每次均检测到地面回波时，才确定该传感器工作正常。
如果在第一检验步骤62中确定了未检测出地面回波，则分支到一个第
二检验步骤64。在第二检验步骤64中则检验发射出的超声波信号的振幅
和/或持续时间是否被选择得如此地大，使得在符合规定地正常工作的超声 波传感器上一定能可靠地接收到地面回波。如果相应的最大值已被达到，
则分支到第二结束步骤65。在第二结束步骤65中确定出超声波传感器存在 功能缺陷。相应地由控制单元6对使用者发出一个警报。而如果在第二检 验步骤64中确定出最大值还未被达到，则分支到一个设置步骤66。在该 设置步骤66中则根据预给定规则提高超声波信号的持续时间和/或振幅。 接着返回到发射步骤61，在该步骤中发射在其持续时间和/或振幅上现在再 次增大的信号。
权利要求
1.用于机动车上超声波传感器的功能检验的方法，其中，该超声波传感器发射一超声波信号及该超声波信号被机动车前面的地面反射及由该超声波传感器或另一超声波传感器接收，其特征在于发射出的超声波信号的持续时间和/或振幅被选择得这样地大，以便在通常条件下能够接收由地面反射的信号，在接收到被反射的信号时确定出该超声波传感器有功能。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于首先发射一个第一超声波信号， 对于接收不到由地面反射的超声波信号的情况，如果还未达到所述持续时 间和/或所述振幅的一个值，在该值时在通常条件下一定可靠地实现所述反 射的超声波信号的接收，则提高下一发射出的超声波信号的持续时间和/或 振幅。
3. 根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于附加地对接收到的信 号的振幅大小进行分析处理，用于所述超声波传感器的功能检验。
4. 根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于为了检测由地面反射 的信号提高所述超声波传感器的灵敏度。
5. 距离测量装置，具有至少一个用在机动车中的超声波传感器G， 3'， 4)， 一用于引起在所述超声波传感器(3')的检验工作中通过该超声波传感 器发射一超声波信号的控制单元(6)，其特征在于该控制单元(6)使发 射出的超声波信号的振幅和/或持续时间加大，使得该发射出的及被机动车 前面的地面(20)反射的超声波信号在通常条件下能可靠地由所述超声波 传感器(3')或另一超声波传感器(3)接收到，该控制单元(6)与一输出 单元(7， 8)相连接，该输出单元用于在所述超声波信号被发射后仍接收 不到由地面(20)反射的信号的情况下输出一出错报告。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车上超声波传感器的功能检验的方法，其中，在检验工作中，发射出这样大的超声波信号，以便在通常条件下能够接收由地面反射的信号，在接收到被反射的信号时确定出该超声波传感器功能正常。
文档编号G01S7/52GK101322044SQ200680045463
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月16日 优先权日2005年12月5日
发明者P·普赖斯勒 申请人:罗伯特·博世有限公司