CN104115026B - 具有超声波传感器的驾驶员辅助装置、机动车辆和用于操作超声波传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的驾驶员辅助装置(2)，其具有超声波传感器(3)且具有用于致动超声波传感器(3)的控制装置(4)，所述传感器具有用于发出超声波的膜片(7)和用于产生用于激励所述膜片(7)的振荡器信号(9)的振荡器(10)，其中振荡器(10)是基于温度的振荡器，导致所述振荡信号(9)的频率是取决于超声波传感器(3)的环境温度的，并且控制装置(4)被设计为基于超声波传感器(3)的传感器信号(12)以确定环境温度，所述传感器信号(12)是基于振荡信号(9)产生的。

Description

具有超声波传感器的驾驶员辅助装置、机动车辆和用于操作 超声波传感器的方法

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的驾驶员辅助装置，该驾驶员辅助装置具有超声波传感器和用于致动超声波传感器的控制装置。超声波传感器包括用于传递超声波的膜片(diaphragm)和设计为产生振荡信号或时钟信号以激励膜片的振荡器。此外，本发明涉及具有这样的驾驶员辅助装置的机动车辆，和用于操作机动车辆中的超声波传感器的方法。

背景技术

在机动车辆中使用超声波传感器已经是现有技术。超声波传感器一方面用于测量与机动车辆之间的间距，另一方面用于测量与其周围环境中的障碍物的间距。超声波传感器通常是已知为泊车辅助系统的一部分，所述泊车辅助系统用于辅助驾驶员操作机动车辆，即特定地在泊车位中泊车时辅助驾驶员操作车辆。测量的间距通过泊车辅助系统或驾驶员辅助装置输出给驾驶员，例如，借助于显示的方式或另外地借助于扬声器的方式。

为了测量机动车辆和障碍物之间的间距的目的，这涉及测量超声波的延迟时间。超声波传感器传递超声波，该超声波然后被障碍物反射并且返回至超声波传感器。超声波传感器因而接收反射的超声波并且检测接收到的超声波的幅值是否高于规定的阈值。如果高于规定的阈值，则确定超声波的延迟时间，并且该延迟时间用于推测与障碍物的间距。这个延迟时间也已知为随着环境温度而变化，因为声音的速度取决于温度。因此，需要基于相应的当前环境温度补偿检测的延迟时间，从而间距能够被测量地更准确。在现代的车辆中，环境温度借助于一个或多个温度传感器感测，所述温度传感器然后将测量的温度值传递给控制装置。控制装置通过将环境温度考虑在内而补偿测量的延迟时间。换句话说，测量的间距因而被补偿。

在机动车辆中没有温度传感器存在、或另外地在温度传感器与超声波传感器的控制装置之间没有提供通信链的情况下会出现问题。因此，控制装置没有可用于校正延迟时间的可用的测量的温度值。例如，在这种情况下，通过从感测的膜片的振荡行为的变化而确定环境温度的方法提供补救措施。

发明内容

本发明的目的是展示在本文开始引用的通用类型的驾驶员辅助装置的情况下，温度补偿如何在低的技术复杂度、尤其是在不需要使用温度传感器的情况下进行的解决方法。

本发明借助于驾驶员辅助装置、机动车辆并还借助于具有根据各自的独立权利要求的特征的方法而实现。本发明的有利实施例是从属权利要求、说明书和附图的主题。

用于机动车辆的具有创造性的驾驶员辅助装置具有超声波传感器和设计为致动所述超声波传感器的控制装置。超声波传感器具有用于传递超声波的膜片和提供用于激励膜片的振荡信号的振荡器。振荡信号因而是用于激励膜片的时钟信号。振荡器是基于温度的振荡器，在该情况下，振荡信号的频率取决于超声波传感器的环境温度或随着环境温度而变化。控制装置能够使用来自超声波传感器的传感器信号以确定环境温度，所述传感器信号基于振荡信号产生。

根据本发明，因此特别地对于没有借助于温度传感器获得环境温度的测量而制定措施，环境温度将从基于温度的振荡信号或时钟信号获得。本发明使用了超声波传感器的膜片通常是基于温度的这个事实，这意味着膜片的共振频率取决于环境温度，并且意味着能够使用基于温度的振荡器以首先将振荡信号的频率和膜片的共振频率匹配。因此，如往常一样为了实现最大传输声音水平，因而传输频率被追踪为膜片的基于环境温度的相应的共振频率。这还能够被使用使得基于根据共振信号产生的并且从超声波传感器传递至控制装置的传感器信号确定环境温度。理由是，这个基于来自于振荡器的振荡信号或时钟信号的传感器信号的频率随着环境温度而改变。这可由控制装置检测并用于确定环境温度。因此，本发明使得环境温度能够以最低的技术复杂度确定，即特别地不需要单独的温度传感器。这是因为环境温度能够通过计算专门地确定。在这种情况下，温度的确定也是特别精确地，这意味着超声波的延迟时间也能够基于环境温度以最大精度被补偿。

优选地，传感器信号是讯息(message)信号或已知为从超声波传感器传递至控制装置的电报。这样的讯息信号包含储存在超声波传感器中的传感器相关的信息。例如，这样的一条信息现在可设定阈值，超声波传感器接收的超声波的幅值与该阈值进行比较。无论如何，这样的讯息信号在机动车辆中从超声波传感器传递至控制装置。这意味着控制装置能够从无论如何通常存在的讯息信号确定环境温度，使得特别地超声波传感器与控制装置之间的通信通道的带宽不被额外的信号不利地影响。

然而，传感器信号可基本上为来自超声波传感器的任何信号，该信号由振荡信号产生并且传递至控制装置。

如已经说明的，控制装置将确定的环境温度用作补偿超声波的测量的延迟时间的基础是特别优选的。这是因为超声波的传播速度随着环境温度而变化。因而，这种补偿允许获得对一方面与机动车辆间的间距，另一方面与障碍物间的间距的极度精确的测量。

优选地，超声波传感器并不是根据自己的意愿传递传感器信号，而是仅依赖于来自控制装置的请求。这意味着控制装置能够传递命令至超声波传感器，超声波传感器基于该命令发送传感器信号至控制装置。因此，传感器信号仅在其被控制装置请求时，即例如当控制装置意图确定当前环境温度时传递。

例如，控制装置能够以预定的时间间隔，特别地且周期性地发送请求至超声波传感器。

如果振荡信号的频率取决于环境温度，那么传感器信号的比特的持续时间也随着环境温度变化。在一个实施例中，因此对于基于传感器信号的至少一个比特的持续时间确定的环境温度制定措施。这是特别低复杂度的方法，其仅请求要被测量的比特的持续时间，并且环境温度能够从该持续时间例如通过储存的表或另外地数学公式确定。

为了改善环境温度的确定的精度，控制装置能够从传感器信号的多个比特(特别是传感器信号的所有比特)的各自的持续时间而计算持续时间平均值。控制装置然后能够基于持续时间平均值确定环境温度。在这种情况下，环境温度以极高的精度被确定，因为未使用单个比特而是使用了多个比特以确定环境温度。

替代地，还可对于基于整个传感器信号的持续时间确定的环境温度制定措施。例如，如果已知特定讯息信号的比特的数量，则整个传感器信号的持续时间的测量对于确定环境温度来说是最简单的选项。这仅需要确定传感器信号的持续时间，并且环境温度能够基于该持续时间而被直接确定。

此外，接着，为了增加精度，可对控制装置制定措施，以从来自超声波传感器的多个相继的传感器信号的各自的持续时间计算平均值并且基于该平均值确定环境温度。

控制装置从来自驾驶员辅助装置的至少两个超声波传感器的各自的传感器信号确定环境温度被发现是非常有利的。理由是，机动车辆通常安装有四个到八个之间，有时候甚至十二个超声波传感器在其中。如果平均值由所有安装的超声波传感器形成，则可以将精度增加到最大。例如，这可以表现为：首先从多个超声波传感器的各自的传感器信号的持续时间计算平均值，然后基于该共同的持续时间平均值确定环境温度。然而，对于确定环境温度，还可以使得：首先来自相应的超声波传感器的所有传感器信号用于确定各自的温度值，然后环境温度被确定为单独的温度值的平均值。

具有创造性的机动车辆包括具有创造性的驾驶员辅助装置。

本发明还涉及在超声波传感器的振荡器用于提供振荡信号的情形下操作机动车辆的超声波传感器的方法，该振荡信号用于激励超声波传感器的用于传递超声波的膜片。基于温度的振荡器用于其中振荡信号的频率取决于超声波传感器的环境温度的情况。振荡信号用于确定环境温度。

参考具有创造性的驾驶员辅助装置展现的优选实施例和所述实施例的优势相应地适用于具有创造性的机动车辆和具有创造性的方法。

本发明的其他特征能够在权利要求、附图和附图的描述中被找到。以上的描述中引用的所有特征和特征的组合以及以下的附图和/或单独的附图的描述中引用的特征和特征组合不仅能够用于分别指出的组合，还能够用于其他组合或它们自身。

附图说明

本发明现在将参考附图，并通过优选的示例性实施例进行描述，在附图中：

图1示出了具有根据本发明的实施例的驾驶员辅助装置的机动车辆的示意性图示；以及

图2示出了驾驶员辅助装置的超声波传感器的示意性图示。

具体实施方式

图1中示出的机动车辆1是示例性实施例中的汽车。机动车辆1具有驾驶员辅助装置2，该装置是泊车辅助系统的形式。驾驶员辅助装置2用于辅助驾驶员操作机动车辆1。机动车辆具有多个超声波传感器3，该传感器在机动车辆1的前保险杠和后保险杠上成分布式布置。在图1中，机动车辆1上的超声波传感器3的布置和数量仅以示例的方式示出。所述数量和布置能够基于实施例而变化。因此例如，超声波传感器3仅布置在前保险杠上或仅布置在后保险杠上是可能的，或者例如能够使用相比于图1中示出的超声波传感器3更多或更少的超声波传感器。

为了致动超声波传感器3，驾驶员辅助装置2包括控制装置4。替代地，还可以一方面为前超声波传感器3提供单独的控制装置4，另一方面为后超声波传感器3提供单独的控制装置4。控制装置4是控制器并且用于致动超声波传感器3。控制装置4借助于单独的信号线或机动车辆1的通信总线5电连接至超声波传感器3，使得控制装置4与单独的超声波传感器3之间的数据通信变为可能。

超声波传感器3能够传递超声波并再次接收返回的超声波。基于超声波的延迟时间，控制装置4能够一方面计算与机动车辆之间的间距，另一方面计算与其周围环境中的障碍物之间的间距。这些间距能够借助于输出装置6，例如借助于扬声器和/或借助于显示器输出。

使用的超声波传感器3的基本设计在图2的示意性的并极度抽象的图示中示出。超声波传感器3具有用于传递超声波的膜片7。例如，膜片7可由铝形成。膜片7的共振频率已知为取决于超声波传感器3的环境温度并且因此随着环境温度而变化。为了与中央控制装置4通信，超声波传感器3包括控制单元8，例如微控制器，其经由通信总线5电联接到中央控制装置4。控制单元8借由通过振荡器10产生的时钟信号或振荡信号9而计时。振荡信号9还用于激励膜片7，如图2中通过箭头图示11示意性地示出的。

为了在每种情况中在膜片7的共振频率处激励膜片7，振荡器10类似地是基于温度的振荡器，来自于该振动器的振荡信号9具有取决于温度的频率。振荡器10与膜片7匹配，使得振荡信号9的频率总是与膜片7的共振频率相同。因为振荡信号9的频率取决于环境温度，所以控制单元8输出的传感器信号12的频率也是取决于温度的。根据传感器信号12，中央控制装置4然后确定环境温度。相应的当前环境温度然后用于补偿超声波的测量的延迟时间或测量的间隔。

如已经说明的，控制单元8借助于振荡信号9而计时。这意味着，特别是，由控制单元8传递到控制装置4的讯息也具有与振荡信号9相同的频率或基于振荡信号9产生。因此控制单元8能够传递传感器信号12到中央控制装置4，该传感器信号是基于振荡信号9产生的。该传感器信号12可以是包含多个比特的二进制编码信号。

传感器信号12特别地是包含传感器相关的信息并且从超声波传感器3传递至控制装置4的讯息信号。例如，这样的电报能够包含关于当前在超声波传感器3中的阈值的信息，并且接收的超声波的幅值与之比较。这样的讯息信号通常基于来自于控制装置4的请求由超声波传感器3传递。例如，这样的讯息信号具有64比特的长度。控制装置4因而能够传递请求的信号或命令至超声波传感器3，使得超声波传感器3然后将该命令作为传递传感器信号12到控制装置4的基础。然而，为了确定环境温度的目的，具有任何信息的传感器信号12或任何传感器信号12对于控制装置4来说是足够的。仅有的要求是超声波传感器3将基于振荡信号9产生的信号传递至控制装置4。

因而，控制装置4基于传感器信号12确定当前的环境温度。为此，例如，能够测量传感器信号12的单个比特的长度或持续时间，并且能够基于该持续时间确定环境温度。如果平均值是由多个传递的比特形成的，则温度测量的精度可得以提高。

如果在控制装置4中已知传感器信号12的比特的数量，则可以使用整个传感器信号12的持续时间以确定环境温度。传感器信号12的比特的数量也能够在控制装置4中被测量。

为了最大化精度，来自至少两个超声波传感器3(特别是来自所有超声波传感器3)的各自的传感器信号12被考虑在内以确定环境温度。

振荡器10能够被设计为使得振荡信号9的频率基于温度而改变。该频率因而对应于膜片7的共振频率。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆(1)的驾驶员辅助装置(2)，具有超声波传感器(3)并且具有用于激活所述超声波传感器(3)的控制装置(4)，所述超声波传感器具有用于传递超声波的膜片(7)和用于产生激励所述膜片(7)的振荡信号(9)的振荡器(10)，

其特征在于

所述振荡器(10)是基于温度的振荡器(10)，这意味着所述振荡信号(9)的频率是取决于所述超声波传感器(3)的环境温度的，并且所述控制装置(4)被设计为使用来自所述超声波传感器(3)的传感器信号(12)以确定所述环境温度，所述传感器信号是基于所述振荡信号(9)产生的，

所述超声波传感器(3)包括控制单元(8)，其经由通信总线(5)电联接到中央控制装置(4)，所述控制单元(8)借由通过所述振荡器(10)产生的时钟信号或振荡信号(9)而计时，

所述控制单元(8)被确定为将基于所述振荡信号(9)产生的传感器信号(12)传递到中央控制装置(4)，

所述控制装置(4)基于所述传感器信号(12)确定当前的环境温度,以及

所述传感器信号(12)是包含多个比特的二进制编码信号，所述传感器信号(12)的单个比特的长度或持续时间被测量，所述环境温度能够基于所述传感器信号(12)的至少一个比特的持续时间而被确定。

2.根据权利要求1所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述传感器信号(12)是具有传感器相关信息的讯息信号，所述讯息信号能够从所述超声波传感器(3)传递至所述控制装置(4)。

3.根据权利要求1或2所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为将确定的环境温度作为用于测量所述超声波的延迟时间的补偿的基础。

4.根据权利要求1-2中的一项所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为传递命令至所述超声波传感器(3)，所述超声波传感器(3)基于所述命令将所述传感器信号(12)传递至所述控制装置(4)。

5.根据权利要求1所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为根据所述传感器信号(12)的多个比特的相应的持续时间计算持续时间平均值，并且基于所述持续时间平均值确定所述环境温度。

6.根据权利要求1所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为根据所述传感器信号(12)的所有比特的相应的持续时间计算持续时间平均值，并且基于所述持续时间平均值确定所述环境温度。

7.根据权利要求1到2中的一项所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述环境温度能够基于整个传感器信号(12)的持续时间而确定。

8.根据权利要求7所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为根据来自所述超声波传感器(3)的多个相继的传感器信号的各自的持续时间计算平均值并且基于该平均值确定所述环境温度。

9.根据权利要求1到2中的一项所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于

所述控制装置(4)被设计为根据来自至少两个超声波传感器(3)的各自的传感器信号确定所述环境温度。

10.根据权利要求1到2中的一项所述的驾驶员辅助装置(2)，

其特征在于，

所述控制单元(8)是微控制器。

11.一种机动车辆(1)，其具有根据前述权利要求中的任一项所述的驾驶员辅助装置(2)。

12.一种用于操作机动车辆(1)的超声波传感器(3)的方法，其中所述超声波传感器(3)的振荡器(10)用于产生振荡信号(9)，该振荡信号用于激励所述超声波传感器(3)的用于传递超声波的膜片(7)，

其特征在于

使用的振荡器(10)是基于温度的振荡器(10)，在该情况下，所述振荡信号(9)的频率取决于所述超声波传感器(3)的环境温度，并且所述振荡信号(9)用于借助于控制装置(4)确定所述环境温度，

所述超声波传感器(3)包括控制单元(8)，其经由通信总线(5)电联接到中央控制装置(4)，所述控制单元(8)借由通过所述振荡器(10)产生的时钟信号或振荡信号(9)而计时，

所述控制单元(8)被确定为将基于所述振荡信号(9)产生的传感器信号(12)传递到中央控制装置(4)，

所述控制装置(4)基于所述传感器信号(12)确定当前的环境温度，以及

所述传感器信号(12)是包含多个比特的二进制编码信号，所述传感器信号(12)的单个比特的长度或持续时间被测量，所述环境温度能够基于所述传感器信号(12)的至少一个比特的持续时间而被确定。

13.根据权利要求12所述的用于操作机动车辆(1)的超声波传感器(3)的方法，其特征在于：

所述控制单元(8)是微控制器。