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DE10142075A1 - Hinderniserfassungssystem mit einer Schnee-Erfassungsfunktion - Google Patents

Hinderniserfassungssystem mit einer Schnee-Erfassungsfunktion

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DE10142075A1
DE10142075A1 DE10142075A DE10142075A DE10142075A1 DE 10142075 A1 DE10142075 A1 DE 10142075A1 DE 10142075 A DE10142075 A DE 10142075A DE 10142075 A DE10142075 A DE 10142075A DE 10142075 A1 DE10142075 A1 DE 10142075A1
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snow
ultrasonic vibrator
ultrasonic
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obstacle detection
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Takeo Tsuzuki
Takanobu Sasaki
Kenichi Ohue
Tomoyuki Funayama
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

Ein Hinderniserfassungssystem für Fahrzeuge weist einen Ultraschallvibrator (10) mit einer Schwingungsplatte (12) auf, der an einem Fahrzeug zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen montiert ist. Ein Hindernis wird aufgrund eines Ausgangssignals des Ultraschallvibrators (10) erfaßt. Wenn die Umgebungstemperatur des Ultraschallvibrators (10) niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, bei der normalerweise mit Schneefall gerechnet werden kann, berechnet das System ein Verhältnis einer Zeitdauer (T4, T5) einer Nachschwingung des Ultraschallvibrators (10) in Bezug auf eine vorbestimmte Zeitdauer (T6) im Anschluß an eine Ultraschallwellenaussendung und bestimmt eine Ansammlung von Schnee, wenn das berechnete Verhältnis ein vorbestimmtes Zeitverhältnis übersteigt. Das System meldet eine Abnormität des Ultraschallvibrators (10), die aus der Ansammlung von Schnee heraus resultiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hinderniserfassungssystem, welches Hin­ dernisse für ein Fahrzeug durch Verwendung einer Ultraschallwelle erfaßt.
Hinderniserfassungssysteme für Fahrzeuge verwenden einen Ultraschallvibrator, welcher eine Ultraschallwelle aussendet und die von einem Hindernis reflektierte Ultra­ schallwelle empfängt. Der Ultraschallvibrator weist ein Gehäuse, eine piezoelektrische Vorrichtung, die in dem Gehäuse vorgesehen ist, und eine Schwingungsplatte auf, die aus einer Aluminiumschicht hergestellt ist und in der Öffnung des Gehäuses vorgesehen ist.
Der piezoelektrische Vibrator schwingt mit einer Frequenz, der daran angelegten Ansteuerspannung. Die Schwingung des piezoelektrischen Vibrators wird auf die Schwingungsplatte übertragen, so daß das Gehäuse in Resonanz mit der Schwingung fällt. Somit wird eine Ultraschallwelle von der Schwingungsplatte ausgesendet. Nach­ dem die piezoelektrische Vorrichtung mit der Schwingung aufgehört hat, fährt das Ge­ häuse durch Trägheitsschwingung weiterhin fort in Resonanz zu sein, was zu einer Nachschwingung führt. Somit sendet der Ultraschallvibrator eine Ultraschallwelle als Reaktion auf die Schwingung der piezoelektrischen Vorrichtung und der Nach­ schwingung aus.
Der Ultraschallvibrator ist an einem Fahrzeug in der Art und Weise montiert, daß die Schwingungsplatte zu dem Fahrzeugaußenseite hin exponiert angeordnet ist. Folglich besteht im Winter die Tendenz, daß Schnee an der Schwingungsplatte des Ul­ traschallvibrators hängen bleibt und/oder sich dort ansammelt, wodurch sich das Ge­ wicht der Schwingungsplatte erhöht. Das Gehäuse schwingt daher durch die Nach­ schwingung für einen längeren Zeitraum mit einer Frequenz, welche leicht von seiner Resonanzfrequenz abweicht.
Unter dieser Bedingung ist kann es vorkommen, daß der Ultraschallvibrator mit der Aussendung der Ultraschallwelle auch dann weiter fortfährt, nachdem der Empfang der reflektierten Ultraschallwelle begonnen hat. Es ist daher schwierig, zu unter­ scheiden, ob das Ausgangssignal des Ultraschallvibrators aus der reflektierten Welle oder der Nachschwingung resultiert. Somit zeigt das Hinderniserfassungssystem die Tendenz, ein Hindernis zu erfassen, das scheinbar nahe an dem Fahrzeug vorhanden ist, obwohl es in Wirklichkeit weiter von dem Fahrzeug entfernt ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hinderniser­ fassungssytem zu schaffen, welches zum Erfassen und Melden über eine Ansammlung von Schnee auf dem Ultraschallvibrator in der Lage ist.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Hinderniserfassungssystem für Fahrzeuge einen Ultraschallvibrator mit einer Schwingungsplatte auf, welches zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen an einem Fahrzeug montiert ist und welches ein Hindernis als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Ultraschallvibrators erfaßt. Das System überprüft aufgrund einer Zeitdauer der Nachschwingung der Schwingungsplatte, ob die Schwingungsplatte eine Ansammlung von Schnee aufweist, und meldet eine Abnormalität des Ultraschallvibrators (bzw. zeigt diese an), die aus der Ansammlung an Schnee resultiert.
Vorzugsweise führt das System einen Betrieb zur Überprüfung auf eine Schneean­ sammlung lediglich dann durch, wenn die Umgebungstemperatur des Ultraschallsensors unterhalb einer vorbestimmten Temperatur ist, bei der Schneefall erwartungsgemäß stattfindet bzw. bei der normalerweise mit Schneefall gerechnet werden kann. Das Sy­ stem berechnet das Verhältnis der Zeitdauer der Nachschwingung des Ultraschall­ vibrators bezüglich einer vorbestimmten Zeitdauer, die nach der Ultraschallwellenaus­ sendung folgt, und bestimmt, daß eine Ansammlung von Schnee vorliegt, wenn das berechnete Verhältnis ein vorbestimmtes Zeitverhältnis erreicht bzw. überschreitet.
Die obigen und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der fol­ genden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung besser ersichtlich.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das ein Hinderniserfassungssystem gemäß einer Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das ein Steuerverfahren eines Mikrocomputers darstellt, der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet wird;
Fig. 3 ein Signaldiagramm, das einen Ausgang bzw. ein Ausgangssignal eines Verstärkers darstellt, der in der Ausführungsform verwendet wird, wenn ein Ultra­ schallvibrator keine Schneeansammlung aufweist;
Fig. 4 ein Signaldiagramm, das einen Ausgang bzw. ein Ausgangssignal des Ver­ stärkers darstellt, wenn der Ultraschallvibrator eine Schneeansammlung aufweist.
Gemäß Fig. 1 ist ein Fahrzeughindernissystem als eine rückwärtige Ultraschall- ortungsvorrichtung (Sonar) für ein Fahrzeug aufgebaut. Es weist einen Ultraschall­ vibrator 10 auf. Dieser Ultraschallvibrator 10 ist an dem hinteren Fahrzeugstoßdämpfer an einer zentralen Position in horizontaler Richtung des Fahrzeugs zum Erfassen eines Hindernisses angebracht, daß sich in der rückwärtigen Richtung des Fahrzeugs befindet. Dieser Ultraschallvibrator 10 weist ein Gehäuse 11, eine Schwingungsplatte 12, die an dem Gehäuse 11 zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen befestigt ist, und eine piezoelektrische Vorrichtung (nicht gezeigt) auf, die in dem Gehäuse 11 zum Erzeugen einer Schwingung der Schwingungsplatte 12 vorgesehen ist. Die Schwin­ gungsplatte 12 ist zu der rückwärtigen Außenseite des Fahrzeugs hin exponiert ange­ ordnet, so daß die Ultraschallwellen in der rückwärtigen Richtung abgestrahlt werden.
Der Ultraschallvibrator 10 schwingt, wenn die piezoelektrische Vorrichtung von einer Antriebsspannung angetrieben wird. Diese Schwingung wird zu der Schwin­ gungsplatte 12 übermittelt, um die Schwingungsplatte 12 zum Schwingen zu bringen. Der Ultraschallvibrator 10 sendet Ultraschallwellen nach außen (rückwärts vom Fahr­ zeug) durch die Schwingung der Schwingungsplatte 12 aus. Der Ultraschallvibrator 10 empfängt die von Hindernissen reflektierten Ultraschallwellen über die Schwingungs­ platte 12 und schwingt mit einer Frequenz der reflektierten Welle. Die Schwingungs­ platte 12 übermittelt diese Schwingung zu der piezoelektrischen Vorrichtung, welche wiederum eine piezoelektrische Spannung als ein Empfangssignal erzeugt. Dieses Emp­ fangssignal weist eine Größe auf, die proportional zur empfangenen reflektierten Welle ist.
Die Antriebsspannung für die piezoelektrische Vorrichtung wird auf 40 kHz ein­ gestellt, so daß die Ultraschallwelle bei dieser Frequenz ausgesendet wird. Das Gehäuse 11 ist derart aufgebaut, daß es bei dieser Frequenz in Resonanz fällt. Folglich beginnt das Gehäuse 11 damit in Resonanz zu fallen, wenn die Schwingung der piezoelektri­ schen Vorrichtung zu der Schwingungsplatte 12 übertragen wird. Das Gehäuse 11 fährt aufgrund von Trägheit mit der Resonanzschwingung als Nachschwingung auch dann fort, nachdem die Aussendung von Schwingung durch die piezoelektrische Vorrichtung aufgehört hat.
Das Hinderniserfassungssystem weist ebenso eine Treiberschaltung 20, eine Bandpassfilterschaltung (BPF) 30, eine Verstärkerschaltung 40, eine Hüllkurvendemo­ dulationsschaltung 50, einen Temperatursensor 60, einen Mikrocomputer 70, eine An­ zeige 80, einen Summer 100 und Treiberschaltungen 90 und 110 auf.
Die Treiberschaltung 20 wird durch den Mikrocomputer 70 gesteuert, um bei einer Frequenz von 40 kHz zum Ansteuern bzw. Betreiben der piezoelektrischen Vor­ richtung des Ultraschallvibrators 10 ein Oszillationsimpulssignal zu erzeugen. Genauer gesagt erzeugt die Treiberschaltung 20 das Oszillationsimpulssignal, welches 250 µs dauert, alle 150 ms nachdem die vorhergehende Oszillationszeitdauer (250 µs) verstri­ chen sind. Diese 150 ms werden als eine Sendestoppzeitdauer eingestellt.
Der Bandpassfilter 30 filtert ein Rauschsignal aus dem Empfangssignal heraus, das von dem Ultraschallvibrator 10 erzeugt worden ist, um ein Filtersignal bzw. ein ge­ filtertes Signal zu erzeugen. Die Verstärkerschaltung 40 verstärkt das gefilterte Signal (Fig. 3 und 4), um ein verstärktes Signal zu erzeugen. Die Hüllkurvendemodulations­ schaltung 50 erfaßt eine Hüllkurve des verstärkten Signals. Der Temperatursensor 60 erfaßt eine Umgebungstemperatur des Ultraschallvibrators 10.
Der Mikrocomputer 70 ist zum Ausführen eines in Fig. 2 gezeigten Steuerver­ fahrens programmiert, und berechnet einen Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis aufgrund des Ausgangssignals der Hüllkurvendemodulationsschaltung 50. Die Anzeige 80 und der Summer 100 sind an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs befestigt. Die An­ zeige 80 und der Summer 100 werden durch die Treiberschaltungen 90 bzw. 110 ange­ steuert bzw. angetrieben, und zeigen den berechneten Abstand und das Vorhandensein des Hindernisses sichtbar und hörbar an.
Im folgenden wird der Betrieb des Hinderniserfassungssystems und insbesondere der Betrieb des Mikrocomputers 70 unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Bei Schritt 200 veranlaßt der Mikrocomputer 70 die Treiberschaltung 20 zum Er­ zeugen des Oszillationsimpulssignals bei 40 kHz. Die piezoelektrische Vorrichtung des Ultraschallvibrators 10 wird mit dieser Ansteuerspannung angetrieben, um Ultraschall­ wellen von der Schwingungsplatte 12 auszusenden. Bei Schritt 210 stoppt der Mikro­ computer 70 eine Erzeugung des Oszillationsimpulssignals der Treiberschaltung 20 nachdem die Oszillationszeitdauer von 250 µs verstrichen ist. Somit wird die Schwin­ gung der piezoelektrischen Vorrichtung gestoppt. Wenn die piezoelektrische Vorrich­ tung mit einer Schwingung aufhört, schaltet der Ultraschallvibrator von dem Sendemo­ dus in den Empfangsmodus.
Bei Schritt 220 überprüft der Mikrocomputer 70, ob die Temperatur des Ultra­ schallvibrators 10, die durch den Temperatursensor 60 erfaßt worden ist, größer oder gleich 0°C ist. Falls das Ergebnis der Überprüfung auf "ja" lautet, was kein Anhaften bzw. keine Ansammlung von Schnee bedeutet, gibt der Mikrocomputer 70 das Hüllkur­ venerfassungs- bzw. -demodulationssignal von dem Hüllkurvendemodulator 50 aus. Dieses Hüllkurvendemodulationssignal entspricht der Ultraschallwelle, die durch das Hindernis reflektiert worden ist und durch den Ultraschallvibrator 10 empfangen worden ist.
Bei Schritt 240 berechnet der Mikrocomputer 70 einen Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis, unter Verwendung des verstärkten Signals oder des Hüllkurvendemodulationssignals. Genauer gesagt wird der Abstand wie folgt berechnet. Die in Fig. 3 und 4 gezeigten verstärkten Signale sind für den Fall bei dem keine Schneeansammlung vorhanden ist bzw. bei dem Fall, bei dem ein Schneeansammlung vorhanden ist. Zunächst werden eine Zeitdauer T, in welcher die Amplitude der Ultra­ schallwelle X, d. h., die Amplitude V des verstärkten Signals, einen Schwellwert Vth übersteigt, wie in Fig. 3 gezeigt, in einer vorbestimmten Zeitdauer T3 (1,4 ms) gemes­ sen, die auf eine vorbestimmte Zeitdauer T1 (1,6 ms) seit Beginn der Aussendung der Ultraschallwelle des Ultraschallvibrators 10 folgt. Der Abstand wird als Produkt der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle und einer Hälfte der gemessenen Zeitdauer T berechnet. Die vorbestimmte Zeitdauer T1 ist entsprechend zu einer Zeit­ dauer vom Beginn der Ultraschallwellenaussendung bis zum Ende der Nachscheingung im Normalzustand (kein Schnee) eingestellt, womit die Aussendungszeitdauer TR (Os­ zillationsimpulserzeugungszeitdauer 0,25 ms) und eine Nachschwingungszeit T4 abge­ deckt wird.
Bei Schritt 250 veranlaßt der Mikrocomputer 70 die Treiberschaltung 90, die An­ zeige 80 derart zu betreiben, daß der berechnete Abstand visuell angezeigt wird. Zu diesem Zeitpunkt veranlaßt die Treiberschaltung 110, daß der Summer 100 angesteuert wird, falls die berechnete Distanz weniger als eine vorbestimmte Distanz beträgt.
Falls bei Schritt 220 das Überprüfungsergebnis auf NEIN lautet, was Schnee be­ deutet, berechnet der Mikrocomputer 70 die Zeitdauer T4 oder T5 als Nachschwin­ gungszeitdauer, bei welcher die Amplitude V des verstärkten Signals den Schwellen­ wert Vth nach Aussendung der Ultraschallwelle übersteigt.
Bei Schritt 270 überprüft der Mikrocomputer, ob der Ultraschallvibrator 110 eine Schneeansammlung darauf aufweist. Der Mikrocomputer 70 bestimmt eine Ansamm­ lung von Schnee, falls die berechnete Zeitdauer der Nachschwingung mehr als 70% einer vorbestimmten Zeitdauer T6 (2,5 ms), was 1,2 ms nach dem Start der Ultraschall­ wellenaussendung geschieht.
Falls sich kein Schnee an dem Ultraschallvibrator 10 ansammelt, fährt die Nach­ schwingung für die Zeitdauer T4 wie in Fig. 3 gezeigt fort. Wenn jedoch sich Schnee an dem Ultraschallvibrator 10 angesammelt hat, hält die Nachschwingung für die Zeitdauer T5 an, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Zeitdauer T5 ist länger als die Zeitdauer T4. Bei Ex­ perimenten wurde bestätigt, daß eine Schneeansammlung durch ein Überprüfen festge­ stellt werden kann, ob die Zeitdauer T4 oder T5 ein vorbestimmtes Verhältnis (70%) der vorbestimmten Zeitdauer T6 unter der Bedingung, daß die Umgebungstemperatur 0°C beträgt, übersteigt.
Falls bei Schritt 270 das Überprüfungsergebnis NEIN lautet, was keine Schneean­ sammlung bedeutet, fährt die Mikrocomputer mit der Ausführung der Schritte 230 bis 250 fort. Wenn das Überprüfungsergebnis auf JA lautet, was eine Schneeansammlung bedeutet, veranlaßt der Mikrocomputer 70 bei Schritt 271 die Treiberschaltung 90 dazu, die Anzeige 80 so anzusteuern, daß eine Abnormität des Ultraschallvibrators 10 ange­ zeigt werden kann. Mit dieser Anzeige ist ein Fahrzugführer in der Lage zu erkennen, daß der Ultraschallvibrator 10 und somit das Hinderniserfassungssystem nicht fehlerfrei arbeiten können.
Der Mikrocomputer 70 überprüft anschließend bei Schritt 260, ob die vorbe­ stimmte Sendestoppzeitdauer (150 ms) abgelaufen ist. Falls das Ergebnis dieser Über­ prüfung auf NEIN lautet, was bedeutet, daß das System sich weiterhin in der Sende­ stoppzeitdauer befindet, wiederholt der Mikrocomputer 70 das vorherige Verfahren von Schritt 220 an. Falls das Überprüfungsergebnis auf JA lautet, was bedeutet, daß das System sich nicht mehr in der Sendestoppzeitdauer befindet, wiederholt der Mikro­ computer 70 das gesamte Verfahren von Schritt 200 an.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die obige Ausführungsform be­ schränkt aufgefaßt werden, sondern kann auch auf zahlreichen anderen Arten und Weisen realisiert werden. Zum Beispiel kann der Ultraschallvibrator 10 mit einer anderen Frequenz als 40 kHz betrieben werden. Die Schneeansammlung auf dem Ultraschallvibrator 10 kann durch andere Vorrichtungen (wie beispielsweise einer Stimme oder Licht) gemeldet bzw. angezeigt werden. Die Referenztemperatur 0°C für eine Überwachung von Schneefall kann auch auf eine andere Temperatur eingestellt werden. Der Ultraschallvibrator 10 kann auch anderen Stellen des Fahrzeugs, als an den äußeren Umfangswandabschnitten des Fahrzeugs montiert werden, so daß dieses System auch als Abstandssonar verwendet werden kann. Die Ansammlung von Schnee, kann durch einen Vergleich der Nachschwingungszeitdauer mit einer vorbestimmten Referenzzeitdauer erfaßt werden.

Claims (5)

1. Hinderniserfassungssystem für Fahrzeuge umfassend:
einen Ultraschallvibrator (10) mit einer Schwingungsplatte (12), der an einem Fahrzeug zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen montiert ist;
Treibervorrichtung (20) zum Antreiben des Ultraschallvibrators (10) mit einer vorbestimmten Frequenz für eine Ultraschallwellenaussendung; und
Erfassungsvorrichtung (30-50, 70, 230-250) zum Erfassen eines Hinder­ nisses aufgrund eines Ausgangssignals des Ultraschallvibrators 10,
gekennzeichnet dadurch, daß es weiterhin
eine Schneeüberprüfungsvorrichtung (60, 70, 220, 221, 270) zum Überprü­ fen, ob aufgrund einer Zeitdauer (T4, T5) einer Nachschwingung der Schwin­ gungsplatte (12) die Schwingungsplatte (12) Schnee darauf aufweist; und
Meldevorrichtung (80-110) zum Melden einer Abnormität des Ultraschall­ vibrators (10) aufgrund von Schnee
aufweist.
2. Hinderniserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei: der Ultraschallvibrator (10) ein Gehäuse (11) aufweist, das an dem Fahrzeug befestigt ist, und eine Öffnung aufweist, in welcher die Schwingungsplatte (12) vorgesehen ist, sowie eine piezoelektrische Vorrichtung, die in dem Gehäuse (11) vorgesehen ist und durch die Treibervorrichtung (20) zum Erzeugen einer Schwingung des Gehäuses (10) und der Schwingungsplatte (12) angetrieben wird.
3. Hinderniserfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Schneeüberprüfungsvorrichtung (60, 70, 220, 221, 270) einen Temperatur­ sensor (60) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Ultraschallvibrators (10) aufweist, und einen Schneeüberprüfungsbetrieb lediglich dann ausführt, wenn die erfaßte Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, bei der normalerweise Schnee mit Schneefall gerechnet werden kann.
4. Hinderniserfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Schneeüberprüfungsvorrichtung (60, 70, 220, 221, 270) ein Verhältnis der Zeitdauer (T4, T5) einer Nachschwingung des Ultraschallvibrators (10) bezüglich einer vorbestimmten Zeitdauer T6 im Anschluß an eine Ultraschallwellenaus­ sendung berechnet, und eine Ansammlung von Schnee bestimmt, wenn das be­ rechnete Verhältnis ein vorbestimmtes Zeitverhältnis übersteigt.
5. Hinderniserfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei: die Meldevorrichtung (80-110) eine Anzeige (80) und einen Summer (100) zum Melden einer Abnormität des Ultraschallvibrators (10) aufweist.
DE10142075A 2000-08-31 2001-08-29 Hinderniserfassungssystem mit einer Schnee-Erfassungsfunktion Withdrawn DE10142075A1 (de)

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