DE4120397A1 - Einrichtung zur messung mittels ultraschall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung und eine Einrichtung zur Messung der Temperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs.

Insbesondere als Kollisionswarneinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind Einrichtungen zur berührungslosen Abstandsmessung bekannt, die mit Hilfe von Ultraschallsensoren den Abstand zu anderen Gegenständen ermitteln. Bei Unterschreiten eines vorgebenen Mindestabstands wird ein Warnsignal für den Fahrer abgegeben.

Bei diesen bekannten Kollisionswarneinrichtungen wird von Ultraschallsensoren, die sowohl als Sender als auch als Empfänger ausgebildet sind, ein kurzes Ultraschallsignal ausgesendet, das bei Vorhandensein eines Hindernisses an diesem reflektiert und vom Ultraschallsensor empfangen wird. Aus der Laufzeit wird die Entfernung zwischen dem Ultraschallsensor und dem reflektierenden Hindernis berechnet. Da jedoch die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist, ist auch das Meßergebnis temperaturabhängig und somit ungenau.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, anzugeben, bei welcher eine Temperaturabhängigkeit weitgehend vermieden wird. Eine andere Aufgabe besteht darin, die Lufttemperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs zu messen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine einfache Temperaturkompensation möglich ist, ohne daß mechanisch aufwendige und störanfällige Temperatursensoren erforderlich sind. So werden beispielsweise außen am Fahrzeug angebrachte Temperatursensoren durch Wind, Spritzwasser und andere Umwelteinflüsse gestört.

Eine andere erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 ermöglicht in einfacher Weise eine Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, ohne daß die Messung durch auf den Sensor selbst einwirkende Temperatureinflüsse verfälscht wird. Letzteres ist insbesondere bei häufig verwendeten Außentemperatur-Sensoren der Fall, die innerhalb des Kraftfahrzeugs im vorderen Stoßstangenbereich der Wärme des Motors ausgesetzt sind.

Außer einem oder zwei Ultraschallsensoren wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung lediglich eine Einrichtung zur Auswertung der Laufzeiten benötigt, die im wesentlichen durch einen Mikroprozessor oder einen Signalprozessor mit einem entsprechenden Programm gebildet werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ultraschallsensoren, welche am Heck eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, und eines Hindernisses,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Eichung einer erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Fahrzeugs.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Am Heck 1 eines Kraftfahrzeugs, das in Fig. 1 lediglich angedeutet ist, sind im Abstand x zwei Ultraschallsensoren S1 und S2 angeordnet, deren Abstrahl- und Empfangscharakteristik im wesentlichen ungebündelt ist, so daß alle Hindernisse, die im Nahbereich hinter dem Kraftfahrzeug auftreten, erfaßt werden können und außerdem Ultraschallsignale zwischen den Ultraschallsensoren übertragen werden. Vom Ultraschallsensor S1 wird ein Ultraschallsignal ausgesendet. Danach werden von beiden Ultraschallsensoren S1 und S2 an einem Hindernis 2 reflektierte Signale empfangen. Aus der Laufzeit des vom Ultraschallsensor S1 empfangenen Signals kann in an sich bekannter Weise die Entfernung a zwischen dem Ultraschallsensor S1 und dem Hindernis 2 berechnet werden. Die Laufzeit des vom Ultraschallsensor S2 empfangenen Signals entspricht der Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen Ultraschallsensor S1, dem Hindernis 2 und dem Ultraschallsensor S2 und gestattet die Berechnung der Entfernung a+b. Einzelheiten einer vorteilhaften Auswertung beider Messungen sind in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE-P 40 23 538.6 der Anmelderin angegeben.

Bevor auf erfindungsgemäße Maßnahmen im einzelnen eingegangen wird, erfolgt eine kurze Beschreibung einer erfindungsgemäßen Einrichtung anhand von Fig. 2, welche ein stark vereinfachtes Blockschaltbild darstellt. Die Ultraschallsensoren S1, S2 sind mit einem Prozessor 3 verbunden, an den wiederum eine Anzeigeeinrichtung 4 angeschlossen ist. Der Prozessor besteht im wesentlichen aus einem Mikroprozessor oder einem Signalprozessor mit einem geeigneten Programm. Durch ihn erfolgt außer der Auswertung der Laufzeiten auch die Steuerung der zeitlichen Abfolge etwa in dem Sinn, daß zunächst der Ultraschallsensor S1 ein Ultraschallsignal sendet, der dann wie auch der Ultraschallsensor S2 empfangsbereit geschaltet wird, daß durch Zählung von Zeiteinheiten die Laufzeiten zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Eintreffen der reflektierten Ultraschallsignale an den Ultraschallsensoren S1, S2 erfaßt werden. Danach wird ein Ultraschallsignal vom Ultraschallsensor 82 ausgesandt, worauf die Laufzeiten bis zum Eintreffen der reflektierten Ultraschallsignale bei den Ultraschallsensoren S1, S2 wiederum bestimmt werden.

Für die Schallgeschwindigkeit gilt:

c = c₀ · (T/T₀)^1/2 = c₀ · k,

wobei c₀ die Schallgeschwindigkeit bei T₀=273 K, T die jeweils herrschende Temperatur und k=(T/T₀)^1/2 der erforderliche Korrekturwert ist. Zur Abstandsberechnung wird die gemessene Laufzeit in eine Strecke durch die Gleichung s=c·t=c₀·t·k umgerechnet.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird außer den Laufzeiten des vom Hindernis reflektierten Ultraschallsignals auch die Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen den Sensoren S1 und S2 gemessen. Ist deren Abstand x bekannt, so kann aufgrund dieser Messung der Korrekturwert k=t_x0/t_x berechnet werden, wobei t_x0 diejenige Zeit ist, welche ein Ultraschallsignal zwischen den Sensoren bei einer Temperatur von T₀=273 K benötigt. In dem Prozessor 3 wird dann beispielsweise der Abstand a=c₀·t_a·(t_x0/t_x)/2 berechnet, wobei t_a die Laufzeit des am Hindernis 2 reflektierten Signals vom Sensor S1 ist.

Beim nachträglichen Einbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung kann es vorkommen, daß der Abstand x zwischen den Sensoren nicht einem vorgegebenen bzw. einem vorgeschriebenen Abstand entspricht. Bei dem anhand von Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel ist daher im Prozessor 3 (Fig. 2) eine Kalibrierbetriebsart vorgesehen, die eine Bestimmung der Strecke x in einfacher Weise ermöglicht. Dazu wird das Fahrzeug in einem definierten Abstand a vor eine Wand 5 gestellt. In der Kalibrierbetriebsart wird die Laufzeit des Ultraschallsignals für die Strecke a gemessen und daraus die Geschwindigkeit c=2a/t_a berechnet. Außerdem wird die Laufzeit t_x zwischen dem Sensor S1 und dem Sensor S2 gemessen. Daraus kann wiederum die Strecke x=c·t_x berechnet werden. Dieser Wert oder ein daraus berechneter Wert t_x0=x/c₀ wird abgespeichert und den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Berechnungen zugrundegelegt.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Messung der Lufttemperatur in der Umgebung des Fahrzeugs. In einem vorgegebenen Abstand x sind zwei Ultraschallsensoren 83, S4 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen Sender und einen Empfänger oder einen Sensor (Empfänger und Sender) und einen Reflektor entsprechend anzuordnen. In einem Prozessor kann aus der Laufzeit in einfacher Weise auf die Lufttemperatur geschlossen werden. Sofern die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung nicht auch gleichzeitig zur Abstandsmessung verwendet wird, kann eine Bündelung der Ultraschallsignale in Richtung auf den anderen Sensor bzw. in Richtung auf den Reflektor erfolgen, wodurch die Einrichtung weniger anfällig gegenüber Störungen durch weitere Reflektionen oder Einstrahlungen ist.

Claims (6)

1. Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Mitteln zur Messung der Laufzeit eines von einem Objekt reflekierten Ultraschallsignals, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Mittel (S1, S2, 3) zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals über eine vorgegebene Strecke (x) vorgesehen sind und daß aus der Laufzeit des vom Objekt (2) reflektierten Ultraschallsignals der Abstand zum Objekt (2) errechnet wird, wobei die Laufzeit über die vorgegebene Strecke (x) als Korrekturwert benutzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Strecke von zwei Ultraschallsensoren (S1, S2) gebildet ist, die im vorgegebenen Abstand (x) im Stoßstangenbereich des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Strecke von einem Ultraschallsensor und einem Reflektor gebildet ist, die im vorgegebenen Abstand im Stoßstangenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer unbekannten Länge der vorgegebenen Strecke eine Kalibrierbetriebsart vorgesehen ist, bei welcher ein bekannter Abstand (a) zu einem Objekt (5) gemessen wird und daraus die Länge der vorgegebenen Strecke (x) errechnet wird.

5. Einrichtung zur Messung der Temperatur in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals über eine vorgegebene Strecke und zur Umrechnung der Laufzeit in einen Temperaturwert vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Messung der Laufzeit und zur Umrechnung von mindestens einem Ultraschallsender, einem Ultraschallempfänger und einem Prozessor gebildet sind.