-
Stand der
Technik
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines
Sensorsystems mit an einem Fahrzeug beabstandet voneinander angebrachten
Sendern und Empfängern
zur Messung des Abstands des Fahrzeugs zu einer Fahrwegbegrenzung
-
Verfahren
zur Sensorzustandserfassung eines an einem Fahrzeug angebrachten
Sensors sowie ein Einparkassistenzsystem und eine Abstandsmessvorrichtung
eines Fahrzeugs zur Messung des Abstands des Fahrzeugs von einer
Fahrwegbegrenzung.
-
Die
zunehmende Verkehrsdichte und verstärkte Bebauung freier Flächen engen
den Verkehrsraum insbesondere in Ballungszentren kontinuierlich
ein. Der zur Verfügung
stehende Parkraum wird enger und die Suche nach einer geeigneten Parklücke belastet
den Fahrer zusätzlich
zum immer mehr zunehmenden Verkehr. Unter anderem daher wurden semiautonome
Einparkhilfesysteme (SPA) entwickelt, welche den Fahrer beim Einparken
unterstützen
sollen. Dem Fahrer wird dadurch die Entscheidung, ob eine vorhandene
Parklücke
für einen Einparkvorgang
ausreicht, erleichtert oder abgenommen.
-
Es
sind eine Reihe verschiedener Einparkhilfesysteme bekannt, darunter
beispielsweise Einparkhilfesysteme mit so genannter „Parklückenvermessungsfunktion", die mit seitlich
am Fahrzeug angebrachten Nahbereichssensoren die Größe einer Parklücke vermessen,
an denen das Fahrzeug vorbeifährt.
Erkennt das System eine Parklücke,
die groß genug
für das
Fahrzeug ist, so wird dies dem Fahrer signalisiert. Beim anschließenden Einparkvorgang
gibt das System dem Fahrer Hinweise oder Warnsignale zum Einparken.
-
Die
zur Parklückenvermessung
vorgesehenen Nahbereichssensoren sind in der Regel als Ultraschallsensoren
mit Reichweiten von bis zu einigen Metern ausgebildet. Dabei werden
mehrere Ultraschallsensoren an der Fahrzeugseite vorgesehen. Mit
Hilfe der von den verschiedenen Sensoren empfangenen Empfangssignalen
kann die genaue Position einer Fahrwegbegrenzung dann nach dem Prinzip der
Triangulation ermittelt werden.
-
Die
verschiedenen Sensoren können
dabei verschiedene Arten von Signalen empfangen, wie dies in 1 veranschaulicht ist. 1 zeigt mehrere Sensoren 10a bis 10d,
die an der selben Seite eines Fahrzeugs vorgesehen sind. Die von
den Ultraschallsensoren ausgesandten Sendesignale werden von einem
Hindernis 11 reflektiert und wieder von den Sensoren empfangen.
Aus der Laufzeit zwischen dem Zeitpunkt des Senden des Sendesignals und
dem Zeitpunkt des Empfangs des vom Hindernis 11 reflektierten
Signals kann auf den Abstand des Hindernisses 11 geschlossen
werden. Ein in 1 als
durchgezogene Linie dargestelltes Direktecho bezeichnet den Fall,
dass ein von einem bestimmten Sensor (z.B. 10a) ausgesandter
Sendeimpuls nach Reflektion am Hindernis 11 auch wieder
von diesem Sensor (10a) empfangen wird. Ein in 1 als gestrichelte Linie
dargestelltes Kreuzecho bezeichnet dagegen den Fall, dass ein von
einem bestimmten Sensor (z.B. 10a) ausgesandter Sendeimpuls
nach Reflektion am Hindernis 11 von einem anderen Sensor (z.B. 10b, 10c oder 10d)
empfangen wird. Als Übersprecher
oder auch als Direktübersprecher
wird der Fall bezeichnet, dass ein bestimmter Sensor (z.B. 10a)
einen Sendeimpuls aussendet, und dieser von einem der anderen Sensoren
(z.B. 10b) ohne Reflektion am Hindernis 11 direkt
empfangen wird. Dieser Fall ist in 1 durch
gestrichpunktete Linien dargestellt.
-
Zur
Vermeidung gegenseitiger Störungen der
Sensoren ist ein serieller Puls-Echo-Betrieb bekannt. Dabei werden
neue Sendeimpulse erst nach dem Abklingen (also nach dem Empfang)
früherer Sendeimpulse
gesendet. Bei Vergrösserung
der maximalen Reichweite der Sensoren muss daher auch der Mindestabstand
zwischen den Sendeimpulsen steigen, was einer ebenfalls angestrebten
Verringerung der Reaktionszeiten des Systems entgegensteht.
-
Zur
Lösung
dieses Problems wurde eine stochastische Kodierung vorgeschlagen,
wie sie schematisch in 2 dargestellt ist. 2 stellt
dazu eine Reihe von Sende- und Empfangsereignissen („Send" bzw. „Receive") auf einem horizontalen
Zeitstrahl t dar. Die vertikale Achse in 2 markiert
den Abstand A von den Sendern. Im Gegensatz zum seriellen Puls-Echo-Betrieb
existiert bei der stochastischen Kodierung keine feste Reihenfolge
von Senden des Sendeimpulses und Echoempfang. Die Zeitpunkte zu
denen Sendeimpulse ausgesendet werden sind stochastisch verteilt.
In 2 erfolgt beispielsweise ein auf ein erstes Sendeereignis 21 folgendes zweites
Sendeereignis 22 noch vor dem Empfang 23 des ersten
Sendeimpulses. Das System muss dem Empfangsereignis 23 eins
der Sendeereignisse 21 und 22 zuordnen. Dies kann
durch eine statistische Auswertung der Empfangssignale geschehen,
anhand derer leicht ermittelt werden kann, dass das Empfangsereignis 23 tatsächlich zum
Sendeereignis 21 gehört
und somit ein Hindernis im Abstand A' vermutet werden kann.
-
Als
störend
wirken sich bei der stochastischen Kodierung jedoch die Direktübersprecher
aus, da sie nicht direkt bestimmbar sind, sondern erst nach Empfang
und Dekodierung des Empfangssignals sowie Einordnung desselben (Histogrammbildung)
als solche erkennbar sind.
-
Um
eine Filterung der Übersprecher
bei der stochastischen Kodierung zu ermöglichen werden daher die den
Abständen
zwischen den Sendern entsprechenden Signallaufzeiten manuell durch
Auswertung von Messdaten ermittelt und als konstante Parameter in
einem Speicher (z.B. in einem EEPROM) gespeichert. Während des
Betriebs werden dann diese Signallaufzeiten aus dem Speicher ausgelesen,
um eine Filtermaske zu erzeugen, mit der die Direktübersprecher
aus den empfangenen Signalen herausgefiltert werden.
-
Diese
manuelle Ermittlung der Signallaufzeiten erfolgt werksseitig, bzw.
im Falle einer Nachrüstung
eines Einparkassistenzsystems im Laufe dieser Nachrüstung, was
mit zusätzlichen
Kosten verbunden ist.
-
Ferner
besteht das Problem, dass aufgrund der Temperaturabhängigkeit
der Schallgeschwindigkeit auch die Signallaufzeiten zwischen den
einzelnen Sensoren temperaturabhängig
sind. Mit steigenden Temperaturen steigt die Schallgeschwindigkeit an
und bewirkt somit kürzere
Signallaufzeiten. Bei extrem hohen oder niedrigen Temperaturen entsprechen
die tatsächlichen
Signallaufzeiten nicht mehr den zuvor gemessenen und gespeicherten
Werten, so dass die Filtermaske zur Filterung der Direktübersprecher
unwirksam wird. Dies kann wiederum zu Fehlinterpretationen des Empfangssignals
und somit zu fehlerhaften Parkhinweisen an den Fahrer führen.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Demgemäß ist ein
Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorsystems mit an einem Fahrzeug beabstandet
voneinander angebrachten Sendern und Empfängern zur Messung des Abstands
des Fahrzeugs zu einer Fahrwegbegrenzung vorgesehen, mit den Schritten:
- (a) Senden eines Sendesignals mit einem Sender des
Sensorsystems zu einem ersten Zeitpunkt (T1);
- (b) Umwandeln des empfangenen Sendesignals in ein Empfangssignal
mit einem Empfänger
des Sensorsystems und Feststellen eines zweiten Zeitpunkts (T2)
zu dem das Empfangssignal einen bestimmten Schwellwert überschreitet;
- (c) Bestimmen der Laufzeit des Sendesignals vom Sender zum Empfänger aus
der zeitlichen Differenz (T2-T1) zwischen dem zweiten Zeitpunkt
(T2) und dem ersten Zeitpunkt (T1);
- (d) zyklisches Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine bestimmte
Anzahl von Zyklen;
- (e) Bestimmen einer Häufigkeitsverteilung
der in Schritt (c) bestimmten Laufzeiten; und
- (f) Erzeugen eines Sensorabstandswerts, welcher mit der Sensorlaufzeit
zwischen dem Sender und dem Empfänger
korreliert, anhand der in Schritt (e) bestimmten Häufigkeitsverteilung.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, eine automatische Kalibrierung
des Sensorsystems vorzunehmen, indem die Signallaufzeiten zwischen
den Sensoren aus einer Häufigkeitsverteilung bestimmt
werden.
-
Unter
Sensorsystem wird hierbei eine Mehrzahl von Sensoreinheiten verstanden,
die beabstandet voneinander an mindestens einer Fahrzeugseite vorgesehen
sind. Diese Sensoreinheiten können
beispielsweise Ultraschallsensoren sein, in welchem Fall jede Sensoreinheit
typischerweise einen (Ultraschall-)Sender und einen (Ultraschall-)Empfänger umfasst.
Im folgenden wird eine solche Sender und Empfänger umfassende Sensoreinheit
auch vereinfachend als „Sensor" bezeichnet.
-
Der
Sensorabstandswert kann insbesondere anhand eines (lokalen oder
globalen) Maximums der Häufigkeitsverteilung
bestimmt werden. Die Häufigkeitsverteilung
kann insbesondere ein Histogramm sein, wobei jeder Wert des Histogramms
einem bestimmten Laufzeitbereich zugeordnet ist.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das zyklische
Wiederholen der Schritte (a) bis (c) mehrmals rekursiv durchgeführt, wobei
in jeder Rekursion die Häufigkeitsverteilung
um das Maximum der Häufigkeitsverteilung
H(n) der vorhergehenden Rekursion herum neu skaliert wird. Durch eine
solche rekursive Wiederholung der Schritte (a) bis (c) wird eine
Verringerung des Speicherbedarfs für die Häufigkeitsverteilung erreicht.
Unter Skalierung wird hierbei insbesondere das Zuordnen von bestimmten
Wertebereichen oder Messbereichen zu bestimmten Variablen verstanden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann insbesondere bei jedem Start des Fahrzeugs und/oder jedem Einschalten
eines im Fahrzeug vorgesehenen Einparkassistenten durchgeführt werden.
Somit kann sichergestellt werden, dass bei Fahrtantritt bzw. beim Einschalten
des Einparkassistenten die aktuellen (also insbesondere der Außentemperatur
entsprechenden) Sensorparameter zur Verfügung stehen.
-
Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Verfahren
in bestimmten zeitlichen Abständen
(z.B. alle 10 Minuten) während
der Fahrt des Fahrzeugs durchgeführt.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei veränderten
Umgebungsbedingungen, insbesondere bei veränderter Außentemperatur, durchgeführt werden.
Somit werden z.B. temperaturbedingte Änderungen der Direktübersprecher aufgrund
der wiederholten Messung und Kalibrierung kompensiert.
-
In
einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist ferner folgender
Schritt vorgesehen:
- (g) Herausfiltern von vom
Sender erzeugten Direktübersprechern
aus einem vom Empfänger empfangenen
Empfangssignal unter Verwendung des in Schritt (f) erzeugten Sensorabstandswertes.
Somit können
Direktübersprecher
unter Berücksichtigung
der aktuellen Umgebungsparameter (insbesondere Umgebungstemperatur)
herausgefiltert werden.
-
Dabei
ist es vorteilhaft, wenn das vom Empfänger empfangene Empfangssignal,
aus dem die vom Sender erzeugten Direktübersprecher herausgefiltert
werden, einem unter Verwendung von stochastischer Kodierung vom
Sender erzeugten Sendesignal entspricht. Somit wird ein Verfahren
bereitgestellt, welches die automatische Kalibrierung von Sender-Empfänger-Systemen
ermöglicht,
die auf Basis der stochastischen Kodierung betrieben werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen
dabei:
-
1 eine
schematische Darstellung der verschiedenen Signale, die von den
Sensoren eines Parkassistenzsystems empfangen werden können;
-
2 eine
schematische Darstellung des Prinzips der stochastischen Codierung;
-
3 ein
schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit einer Abstandsmessvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung von eines Sensorsystems
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 ein
Histogramm der mit dem Verfahren von 4 gemessenen
Signallaufzeiten;
-
6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung von eines Sensorsystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
7A-7C Histogramme
der mit dem Verfahren von 6 gemessenen
Signallaufzeiten; und
-
8 den
Signalverlauf eines Sensorsignals eines Abstandssensors in Abhängigkeit
von der Zeit.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
In
allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
gleichen Bezugszeichen versehen worden.
-
In 3 ist
ein Kraftfahrzeug 301 schematisch dargestellt. An einer
Fahrzeugvorderseite 302 sind Abstandssensoren 303a-303d angeordnet.
An einer Fahrzeugrückseite 304 sind ebenfalls
Abstandssensoren 305 angeordnet. An einer linken Fahrzeugseite 306 sind
seitliche Abstandssensoren 308 vorgesehen. An einer rechten
Fahrzeugseite 307 sind seitliche Abstandssensoren 309 vorgesehen. Die
Abstandssensoren dienen der Messung von Abständen zu Hindernissen in der
Fahrzeugumgebung. Die Abstandssensoren 303, 305, 308, 309 sind
in der vorliegenden Ausführungsform
als Ultraschallsensoren ausgebildet. Sie können jedoch auch auf einem anderen
Messprinzip basierend, z.B. mit Radarsignalen, Abstände messen.
Die Abstandssensoren 303, 305, 308, 309 liefern
ihre Sensorsignale über
einen Datenbus 310 an eine programmgesteuere Einrichtung 311 (beispielsweise
ein Mikroprozessor, Mikrocontroller oder dergleichen) mit einem
Speicher 318 im Fahrzeug 301. Die programmgesteuere
Einrichtung 311 ermittelt anhand der von den Abstandssensoren 303, 305, 308, 309 zugeführten Sensorsignalen
Abstände
zu Hindernissen in der Fahrzeugumgebung und die Lage dieser Hindernisse
in der Fahrzeugumgebung. Zur genauen Bestimmung der Lage der Hindernisse,
kann sich die programmgesteuerte Einrichtung 311 auch das
Prinzip der Triangulation zunutze machen, wobei die von den verschiedenen Sensoren
ermittelten Abstandswerte miteinander abgeglichen werden.
-
Ferner
ist die programmgesteuerte Einrichtung 311 dazu ausgelegt,
eine geeignete Parklücke zu
ermitteln und gegebenenfalls eine Fahrtrajektorie in diese Parklücke zu bestimmen.
In diesem Sinne dient die programmgesteuerte Einrichtung 311 auch als
Einparkassistent. Außerdem
bestimmt sie bevorzugt auch Ausgaben an den Fahrer. Für die Ausgabe ist
die programmgesteuerte Einrichtung 311 mit einem Warnsignalgeber
verbunden, der als Anzeige 312 und/oder als Lautsprecher 313 ausgebildet
sein kann. Die Anzeige 312 ist insbesondere als ein Bildschirm
einer Navigationsanzeige in dem Fahrzeug ausgeführt. Ferner können Anweisungen
auch über eine
Anzeige in einem Kombinationsinstrument, über ein Head-Up-Display oder über LED-Anzeigen,
die zusätzlich
an der Armaturentafel zu montieren sind, ausgegeben werden. Mit
Hilfe der Anzeige 312 bzw. dem Lautsprecher 313,
können
beispielsweise Hinweise ausgegeben werden, die dem Fahrer beispielsweise
mitteilen, dass das Fahrzeug soeben eine ausreichend große Parklücke passiert
hat.
-
Um
eine Bewegung oder auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln,
ist die programmgesteuerte Einrichtung 311 bevorzugt über einen
Datenbus 314, der insbesondere als ein CAN-Bus ausgeführt ist,
mit mindestens einem Geschwindigkeitssensor 315 und einem
Gangsensor 317 verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Geschwindigkeitssensor 315 als ein Raddrehzahlsensor ausgeführt, der
eine Radbewegung des Fahrzeugs misst. Wird eine Radbewegung detektiert,
so wird anhand der Raddrehung und dem Radumfang sowie dem Verlauf
der Zeit die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Aus
der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann wiederum in Verbindung
mit dem Verlauf der Zeit auf die zurückgelegte Wegstrecke geschlossen
werden.
-
Ein
Temperaturfühler 316 misst
die Außentemperatur
und gibt seine Messsignale an die programmgesteuerte Einrichtung 318.
-
Verfahren nach Erster
Ausführungsform
-
Im
folgenden wird nun ein Verfahren zur Kalibrierung von Abstandssensoren
nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Dazu wird beispielhaft eine Kalibrierung des Sensors 303b in
Bezug auf Direktübersprecher
des Sensors 303a erläutert.
-
4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung von eines Sensorsystems
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. In diesem Verfahren werden Laufzeiten der Direktübersprecher
des Sensors 303a in mehreren Messzyklen mit dem Sensor 303b gemessen,
und aus diesen gemessenen Signallaufzeiten ein Histogramm gebildet.
-
Zunächst wird
in Schritt S40 eine Initialisierung des Systems vorgenommen. Dazu
werden zunächst
die Variablen H(0) ... H(m) auf Null gesetzt (also H(n) = 0 mit
n = 0...m, wobei m + 1 die Anzahl der Histogrammpunkte kennzeichnet;
ein typischer Wert für
m ist z.B. 99). Diese Variablen entsprechen den Werten H(n) des
im in 5 dargestellten Histogramms. Dabei entspricht
die Variable H(0) einer Signallaufzeit von 0,00-0,03 ms, die Variable
H(1) einer Signallaufzeit von 0,03-0,06 ms, usw., und die Variable
H(99) einer Signallaufzeit von 2,97-3,00 ms. Es sollte angemerkt
werden, dass eine Signallaufzeit von 0,03 ms einem Abstand von etwa
1 cm entspricht. Jeder Balken des Histogramms H(n) stellt somit
einen räumlichen
Abstand von ungefähr
1 cm dar, wobei zu berücksichtigen
ist, dass die von den Balken repräsentierten genauen räumlichen
Abstände von
der Schallgeschwindigkeit und somit von der Temperatur abhängen. Ferner
wird in Schritt S40 eine Zählvariable
k auf 10 gesetzt. Diese Zählvariable
wird nach jedem Sende/Empfangsschritt dekrementiert, so dass insgesamt
zehn Messzyklen bzw. Iterationen durchgeführt werden. Alle Variablen
sind in dieser Ausführungsform
im Speicher 318 der programmgesteuerten Einrichtung 311 gespeichert.
-
In
Schritt S41 erfolgt zum Zeitpunkt T1 das Senden eines Sendeimpulses
mit dem Sensor 303a. Der von Sensor 303a ausgesandte
Schall wird entweder direkt oder nach Reflektion an einem Hindernis
im Schritt S42 vom Sensor 303b aufgenommen, und von einem
Ultraschallwandler des Sensors 303b in ein elektrisches
Sensorsignal umgewandelt. 8 zeigt
einen typischen Signalverlauf 80 mit der Amplitude A über die
Zeitachse T. Dieser Signalverlauf 80 (Empfangssignal) entspricht
dabei der Hüllkurve
des vom Sensor 303b erzeugten Sensorsignals. Zunächst weist
der Signalverlauf 80 einen Direktübersprecher 81 auf,
der den Sensor 303b ohne Reflektionen erreicht. Ein von
einem Hindernis reflektierter Echoimpuls (Kreuzechoimpuls) 82 tritt
zu einem Zeitpunkt T3 auf, wobei dieser Echoimpuls 82 eine
bestimmte Zeitdauer bis zu einem weiteren Zeitpunkt T4 aufweist.
Die Zeitpunkte T2, T3 und T4 sind mittels eines festsetzbaren Schwellwertes 83 definiert, der
einem bestimmten Amplitudenwert entspricht. Der Zeitpunkt T2 ist
dabei als der Zeitpunkt definiert, zu dem der Signalverlauf 80 nach
dem Zeitpunkt T1 des Senden des Signalimpulses zum ersten Mal den Schwellwert 83 überschreitet.
-
Durch
Auswerten des Signalverlaufs 80 kann die programmgesteuerte
Einrichtung 11 somit die von der Temperatur abhängige Signallaufzeit
zwischen den Sensoren 303a und 303b ermitteln
und unter Anwendung eines geeigneten Filters den Direktübersprecher 81 aus
dem Sensorsignal 80 herausfiltern.
-
Die
Signallaufzeit LZ, welche in Schritt S43 ermittelt wird, ergibt
sich aus dem zeitlichen Abstand der Zeitpunkte T2 und T2, also:
LZ = T2 – T1.
Im vorliegenden Beispiel liegt ein Abstand von 25cm zwischen den
Sensoren 303a und 303b vor, so dass bei einer
Temperatur von 20°C
eine Signallaufzeit LZ von etwa 0.728 ms vorliegt.
-
In
Schritt S44 wird das Histogramm aktualisiert, indem die der Signallaufzeit
LZ entsprechende Variable H(n) um 1 inkrementiert wird. In diesem
Beispiel ist dies die Variable H(24), welche einem zeitlichen Abstand
von 0,72-0,75 ms zugeordnet ist.
-
In
Schritt S45 wird der Zähler
k um den Wert 1 dekrementiert. Falls in Schritt S46 der Zähler k gleich
0 ist, dann springt die Prozedur zu Schritt S41 zurück, und
die Schritte S41 bis S45 werden wiederholt. Andernfalls springt
die Prozedur zu Schritt S47. Somit werden die Schritte S41 bis S45
insgesamt 10 Mal wiederholt.
-
5 stellt
ein Beispiel des Zustands des Histogramms nach zehnmaliger Iteration
dar. Eine Signallaufzeit von 0,72-0,75 ms wurde dabei achtmal und
eine Signallaufzeit von 0,69-0,72 ms zweimal festgestellt. Diese
Diskrepanz kann aus Sensorungenauigkeiten oder auch aus Schwankungen
in der Messumgebung (z.B. Temperatureschwankungen, Schwankungen
des Schallpegels in der Umgebung etc.) resultieren.
-
In
Schritt S47 stellt die programmgesteuerte Einrichtung 311 den
Wert nmax fest, bei der das Histogramm den maximalen Wert annimmt.
Mit anderen Worten, die programmgesteuerte Einrichtung 311 ermittelt
den Wert nmax für
den gilt H(nmax) = max(H(0), ..., H(99).
-
In
Schritt S48 erzeugt die programmgesteuerte Einrichtung 311 anhand
des Wertes nmax ein Sensorabstandswert SA(= f(nmax)), welcher der
ermittelten Sensorlaufzeit zwischen den Sensoren 303a und 303b entspricht.
Im vorliegenden Beispiel zeigt dieser Sensorabstandswert SA an,
dass die Sensorlaufzeit zwischen 0.72 und 0.75 ms beträgt, was
bei einer Temperatur von 20°C
einem Abstand von ca. 25 cm entspricht.
-
Somit
ist mit Abschluss des Schrittes S48 ein Zustand hergestellt, der
beim Stand der Technik nach dem werkseitigen manuellen Einstellen
vorliegt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit
darin, dass die Sensorkalibrierung nicht mehr von Hand vorgenommen
werden muss und somit kostengünstiger
ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Kalibrierung auch
periodisch in bestimmten Abständen
(z.B. einmal alle 10 Minuten) durchgeführt werden kann. Ferner ist
es auch möglich,
die Kalibrierung automatisch immer dann durchführen zu lassen, wenn der Temperaturfühler 316 eine Änderung
der Außentemperatur
um einen bestimmten Betrag (z.B. mindestens 3°K) feststellt. Temperaturbedingte Änderungen
der Direktübersprecher
werden somit aufgrund der periodischen Messung und Kalibrierung kompensiert.
-
Die
Kalibrierung ist selbstverständlich
nicht auf die zwei Sensoren 303a und 303b beschränkt, sondern
wird günstigerweise
für alle
am Fahrzeug angebrachten Sensoren und deren wechselseitigen Direktübersprecher
durchgeführt.
Dabei kann die Kalibrierung für
Sensorpaare, die sich nicht gegenseitig beeinflussen, gleichzeitig
durchgeführt
werden, was zu einer Zeitersparnis führt. So kann z.B. die Kalibrierung
der Sensoren 309 zeitlich mit der Kalibrierung der Sensoren 308 durchgeführt werden,
da sich die Sensoren 308 und die Sensoren 309 auf
gegenüberliegenden
Fahrzeugseiten befinden und daher keine Direktübersprecher von den Sensoren 308 auf
die Sensoren 309 oder umgekehrt vorliegen.
-
Verfahren nach Zweiter
Ausführungsform
-
Im
folgenden wird nun ein Verfahren zur Kalibrierung von Abstandssensoren
nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Dazu wird wiederum beispielhaft eine Kalibrierung des Sensors 303b in
Bezug auf Direktübersprecher
des Sensors 303a erläutert.
-
Im
oben beschriebenen Verfahren nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird für
jeden zeitlichen Abstand, also für
jeden einzelnen Wert des Histogramms, eine separate Variable vorgesehen. Der
Speicherbedarf, der im Speicher 318 bereitgestellt werden
muss, ist also vergleichsweise groß, und es wäre wünschenswert diesen notwendigen Speicherbedarf
durch eine entsprechende Anpassung des Verfahrens verkleinern zu
können.
Dieses wird durch das Verfahren nach der zweiten Ausführungsform
der Erfindung erreicht.
-
Die
grundlegende Idee dieses Verfahrens ist es dabei, das oben beschriebene
Verfahren rekursiv durchzuführen,
wobei die jeweiligen Variablen H(n), welche das Histogramm repräsentieren,
in jeder Rekursion für
unterschiedliche Zeitabstandsbreiten stehen.
-
6 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung von eines Sensorsystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Auch in diesem Verfahren werden Laufzeiten der Direktübersprecher
des Sensors 303a in mehreren Messzyklen mit dem Sensor 303b gemessen,
und aus diesen gemessenen Signallaufzeiten ein Histogramm gebildet.
Im Unterschied zum Verfahren der ersten Ausführungsform werden jedoch in
diesem Verfahren nur 9 Variablen H(0) ... H(8) für das Histogramm bereitgestellt.
-
Zunächst wird
in Schritt S60 eine Initialisierung des Systems vorgenommen. Dazu
werden zunächst
die Variablen H(0) ... H(8) auf Null gesetzt (also H(n) = 0 mit
n = 0...8). Diese Variablen entsprechen den Werten des in 7A dargestellten
Histogramms. Dabei entspricht die Variable H(0) einer Signallaufzeit
von 0,0-0,3 ms, die Variable H(1) einer Signallaufzeit von 0,3-0,6
ms, usw., und die Variable H(8) einer Signallaufzeit von 2,4-2,7
ms. Es sollte angemerkt werden, dass eine Signallaufzeit von 0,3
ms einem Abstand von etwa 10 cm entspricht. Jeder Balken des Histogramms
stellt somit einen räumlichen Abstand
von ungefähr
10 cm dar. Ferner wird in Schritt S40 eine Zählvariable k auf 10 gesetzt
und eine weitere Zählvariable
1 wird auf 3 gesetzt (für
drei Rekursionen).
-
Die
Schritte S61 bis S67 entsprechen im wesentlichen den Schritten S41
bis S47 und werden daher im folgenden nur kurz skizziert.
-
In
Schritt S61 erfolgt zum Zeitpunkt T1 das Senden eines Sendeimpulses
mit dem Sensor 303a. Der von Sensor 303a ausgesandte
Schall wird im Schritt S42 vom Sensor 303b aufgenommen,
und in ein elektrisches Sensorsignal umgewandelt. In Schritt S43
wird die Signallaufzeit LZ (= T2 – T1) ermittelt. Im vorliegenden
Beispiel liegt ein Abstand von 25cm zwischen den Sensoren 303a und 303b vor,
so dass bei einer Temperatur von 20°C eine Signallaufzeit LZ von
etwa 0.728 ms vorliegt.
-
In
Schritt S64 wird das Histogramm aktualisiert, indem die der Signallaufzeit
LZ entsprechende Variable H(n) um 1 inkrementiert wird. In diesem
Beispiel ist dies die Variable H(2), welche einem zeitlichen Abstand
von 0,6-0,9 ms zugeordnet ist.
-
In
Schritt S65 wird der Zähler
k um den Wert 1 dekrementiert. Falls in Schritt S66 der Zähler k gleich
0 ist, dann springt die Prozedur zu Schritt S61 zurück, und
die Schritte S61 bis S65 werden wiederholt. Andernfalls springt
die Prozedur zu Schritt S67. Somit werden die Schritte S61 bis S65
in jeder Rekursion insgesamt 10 Mal wiederholt.
-
7A stellt
ein Beispiel des Zustands des Histogramms in Schritt S67 nach der
ersten Rekursion dar. Eine Signallaufzeit von 0,6-0,9 ms wurde dabei
zehnmal festgestellt. In Schritt S67 stellt die programmgesteuerte
Einrichtung 311 den Wert nmax fest, bei der das Histogramm
den maximalen Wert annimmt. Mit anderen Worten, die programmgesteuerte
Einrichtung 311 ermittelt den Wert nmax für den gilt
H(nmax) = max(H(0), ..., H(8). Im vorliegenden Beispiel gilt, wie
aus 7A ersichtlich, H(2) = 10, so dass nmax = 2.
-
In
Schritt S68 wird der Wert des Zähler
1 um 1 dekrementiert. Wenn in Schritt S69 der Wert des Zählers 1
nicht 0 beträgt,
dann wird eine weitere Rekursion der Schritte S61 bis S68 durchgeführt. Dazu erfolgt
in Schritt S70 eine erneute Initialisierung des Histogramms, bzw.
der Variablen H(0) ... H(8). Hierbei werden alle Variablen H(0)
... H(8) auf Null gesetzt (also H(n) = 0 mit n = 0...8). Bei der
folgenden zweiten Rekursion ändert
sich aber die Zuordnung der einzelnen Variablen des Histogramms
derart, dass nur noch die Werte berücksichtigt werden, die dem Messbereich
von H(nmax – 1)
und H(nmax + 1) der ersten Rekursion, also den Bereich von 0,3 bis
1,2 ms, entsprechen. Gleichzeitig erfolgt eine feinere Unterteilung
der Messbereiche, so dass in dieser zweiten Rekursion jeder Variablen
H(n) ein Messbereich von 0.1 ms Breite (also einem Drittel der Breite
des Messbereiches bei der ersten Rekursion) zugeordnet ist. Dies
ist in 7B veranschaulicht, welches
ein Beispiel des Zustands des Histogramms in Schritt S67 nach der
zweiten Rekursion darstellt, wobei neun Messwerte im Bereich 0,7
bis 0,8 ms vorliegen und ein Messwert im Bereich 0,6 bis 0,7 ms
vorliegt.
-
In
der dritten Rekursion erfolgt eine noch feinere Unterteilung der
Messbereiche in wiederum ein Drittel der Breite der Messbereiche
in der zweiten Rekursion, bei erneuter Zentrierung um den Messbereich,
der dem in Schritt S67 ermittelten Wert nmax entspricht. 7C stellt
ein Beispiel des Zustands des Histogramms in Schritt S67 nach der
dritten Rekursion dar.
-
Nach
der dritten Rekursion wird der Wert das Zählers 1 in Schritt S68 auf
0 dekrementiert, und die Prozedur springt von Schritt S70 zu Schritt
S71.
-
In
Schritt S71 erzeugt die programmgesteuerte Einrichtung 311 anhand
des nach der dritten Rekursion bestimmten Wertes nmax (= f(nmax))
einen Sensorabstandswert SA, welcher bei Berücksichtigung des Messbereiches,
dem dieser Wert nmax in der dritten Rekursion zugeordnet ist, der
ermittelten Sensorlaufzeit zwischen den Sensoren 303a und 303b entspricht.
Im vorliegenden Beispiel zeigt dieser Sensorabstandswert SA an,
dass die Sensorlaufzeit zwischen 0,700 und 0,733 ms beträgt, was
bei einer Temperatur von 20°C
einem Abstand von ca. 25 cm entspricht.
-
Zusätzlich zu
den Vorteilen des Verfahrens nach der ersten Ausführungsform
besteht im Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform der wesentliche
Vorteil, dass im Vergleich zur ersten Ausführungsform ein viel geringerer
(etwa ein Zehntel) Speicherbedarf benötigt wird.
-
Wie
auch in der ersten Ausführungsform, kann
die Kalibrierung für
alle Sensoren und zu den für
die erste Ausführungsform
angegebenen Zeitpunkten durchgeführt
werden.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
-
So
sind alle oben angegebenen Zahlen- und Bereichsangaben nur beispielhaft
und können
nach Bedarf verändert
bzw. angepasst werden.