DE4335728A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Abstandsmessung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Abstandsmessung

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Abstandsmessung zu einem Hindernis mit Hilfe eines Ultra­ schall-Sensor nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8. Ein Verfahren zur Messung des Abstandes mit Hilfe von Ultra­ schallimpulsen ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "Ultra­ schall-Ortungssystem für Flurförderfahrzeuge", Elektronik 9, 27. 4. 1990 (Seiten 100 bis 105) bekannt. Dabei ergibt sich das Pro­ blem, daß die Meßdauer bei mehrfachem Aussenden eines Ultraschall­ impulses und Empfang des von einem Hindernis reflektierten Echos relativ lange dauert. Die Meßzeit dauert umso länger, je weiter das Hindernis von der an einem Kraftfahrzeug montierten Meßeinrichtung entfernt ist. Ungünstig ist weiter, daß bei einem fehlenden Echo die Wartezeit sehr lang sein kann. Im Falle des Einparkens eines Kraft­ fahrzeuges kann die lange Wartezeit dazu führen, daß das Fahrzeug schon ein Stück weiter gefahren ist, während noch der vorherige Meß­ wert angezeigt wird. Dadurch kann es dann zu einer unerwünschten Karambolage kommen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 hat dem­ gegenüber den Vorteil, daß die Erfassung des Abstandes zum Hindernis schneller vor sich geht, da nur dann eine Kontrollmessung durchge­ führt wird, wenn überhaupt ein Echosignal empfangen wurde.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung möglich. Besonders vor­ teilhaft ist, wenn für die Zeit, in der das Echo empfangen wird, ein Zeit- oder Meßfenster vorgegeben wird. Dieses ist im einfachsten Fall dadurch möglich, daß der maximal zu messende Abstand auf einen bestimmten Wert begrenzt wird und aus diesem Abstand die maximale Laufzeit für ein Echosignal festgelegt wird. Bei einem fehlenden Echo kann dann die Messung abgebrochen werden, da beispielsweise kein Hindernis zu erwarten ist. Des weiteren werden vorteilhaft auch Störsignale unterdrückt, die zufällig auftreten und ein vermeint­ liches Hindernis vortäuschen.
Wird jedoch ein Echosignal empfangen, dann kann aus der ersten Messung bereits der Abstand bestimmt werden und damit ein Zeit­ fenster festgelegt werden, in das weitere Echosignale in etwa fallen müssen, wobei vorteilhaft die in der Zwischenzeit durchgeführte Fahrzeugbewegung zu berücksichtigen ist. Durch die so erfolgte Mehr­ fachmessung ergibt sich ein Mittelwert für den ermittelten Abstand, der sehr zuverlässig ist, zumal die Laufzeitfehler außerhalb des festgelegten Meßfensters ausgeblendet werden.
Vorteilhaft ist weiter, das Zeitfenster symmetrisch zur gemessenen Laufzeit des ersten Sendesignals zu wählen, damit bei der Kontroll­ messung auch mit Sicherheit das erwartete zweite Echosignal in das Zeitfenster fällt.
Vorteilhaft ist weiter, das Zeitfenster vor Beginn eines neuen Sendeimpulses zu schließen, um eine Fehlmessung zu vermeiden.
Eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist in einer Einparkhilfe eines Kraftfahrzeuges gegeben, bei der während des Einparkens laufend der Abstand zu in der Umgebung befindlichen Hindernissen gemessen wird, um eine Beschädigung zu vermeiden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild, Fig. 2 zeigt zwei Diagramme und Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine Steuerung 1, an die ein Ultraschallsensor 2 ange­ schlossen ist, der zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschall­ wellen bzw. Ultraschallimpulsen (US-Impulsen) ausgebildet ist. Er sendet beispielsweise einen Sendeimpuls 4 aus, der von einem Hinder­ nis 3, beispielsweise einer Wand oder einem Pfahl als Echosignal 5 reflektiert wird. Das Hindernis 3 vom US-Sensor 2 hat den Abstand d, der vom Sendeimpuls S und dem Echoimpuls E jeweils durchlaufen wird. Die Steuerung 1 ist mit einer Anzeige 6 verbunden, die den ermittelten Abstand d zum Hindernis 3 normiert und optisch oder akustisch ausgibt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Veröffentlichung Wellhausen, "Ultraschall-Ortungssystem für Flurförderfahrzeuge", Elektronik 9, 27. 4. 1990, Seiten 100 bis 105 beschrieben und muß daher im einzelnen nicht näher erläutert werden.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung 1, wobei im wesent­ lichen ein Mikrorechner 10 vorgesehen ist, der mit einem Ultra­ schallsender (US-Sender) 13 verbunden ist. Der US-Sender 13 sendet entsprechende Ultraschallimpulse über den Ultraschall-Sensor 2 ab. Des weiteren ist der Mikrorechner 10 mit einem Ultraschallempfänger (US-Empfänger) 12 verbunden, der zum Empfang der Echoimpulse ausge­ bildet ist. Der Mikrorechner 10 ist mit einem Speicher 11 verbunden, in dem Werte für den maximalen Abstand und/oder das Zeitfenster ab­ gelegt sind. Weiterhin ist der Mikrorechner 10 mit einem Schwell­ wertschalter 14 verbunden, mit dem Grenzwerte für das Meßfenster oder die maximale zu messende Weite abgespeichert sind. Die ge­ nannten Bausteine sind dem Fachmann im einzelnen bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.
Anhand der Fig. 2 wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung näher erläutert. Fig. 2 zeigt zwei übereinander angeordnete Zeitdiagramme, wobei beim oberen Diagramm Sendeimpulse S über die Zeit t aufgetragen sind. Im unteren Diagramm sind Echoimpulse E ebenfalls über die Zeitachse t aufgetragen.
Wird beispielsweise zum Zeitpunkt t0 ein Sendeimpuls 4 vom US-Sensor 2 abgestrahlt, dann wird er nach der Zeit t1 als Echoimpuls 5 empfangen, wenn er auf das Hindernis 3 gestoßen ist. Aus der Zeit­ verschiebung t1-t0 wird der Abstand d berechnet. Da diese erste Messung verschiedene Fehler beinhalten kann, wird üblicherweise wenigstens eine weitere Messung durchgeführt. Der Ultraschallsensor 2 sendet einen weiteren Sendeimpuls 4 zum Zeitpunkt t2 (oberes Diagramm), so daß dessen Echoimpuls 5 nach der Zeit 3 empfangen wird. Aus der Laufzeit t1 des ersten Echoimpulses 5 wurde ein Fenster tf gebildet, das den Zeitpunkt t1 umschließt und zur Zeit tf1 geöffnet wird und zur Zeit tf2 geschlossen wird. Dieses Fenster wird für die zweite Messung verwendet. Die Zeit tf1 liegt zwischen der Zeit t0 und t1, während die Zeit ff2 zwischen der Zeit t1 und t2 liegt. Dieses Fenster ff kann vorteilhaft fest vorgegeben sein oder variabel sein, wobei - bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug - die zwischenzeitlich zurückgelegte Fahrtstrecke oder Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges in das Fenster tf einbezogen werden kann. Bei großer Fahrzeuggeschwindigkeit wird das Meßfenster tf größer gewählt als bei kleiner Fahrzeuggeschwindigkeit.
Für weitere Sendeimpulse 4 als Kontrollmessung wird das gewählte Fenster zu den Zeiten tf3 geöffnet und tf4 geschlossen, da das Echosignal t₃ innerhalb dieses Fensters tf erwartet wird.
Wird, nach dem ersten Sendeimpuls 4 kein Echo innerhalb des vorge­ gebenen Zeitfensters empfangen, wobei dieses Zeitfenster so gewählt ist, daß der maximal zu messende Abstand erfaßt wird, dann wird kein weiterer Sendeimpuls 4 ausgesendet. Es wird dabei davon ausgegangen, daß kein Hindernis im Umfeld des Fahrzeuges, insbesondere in Fahrt­ richtung liegt. Weitere Sendeimpulse 4 sind daher nicht erforder­ lich, so daß sich die Meßzeit dadurch verkürzt. Durch geeignete Wahl des Zeitfensters tf werden Störsignale unterdrückt, die außerhalb des Zeitfensters tf liegen und damit ein Hindernis vortäuschen würden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Abstandsmessung zu einem Hindernis mit einer Steuerung für wenigstens einen Ultraschall-Sensor, der Ultraschall­ impulse sendet und die von dem Hindernis reflektierten Echoimpulse empfängt und wobei die Steuerung aus der Laufzeit der Ultraschall­ impulse den Abstand zum Hindernis ermittelt und auf einer Anzeige anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Sensor (2) für eine Kontrollmessung nur dann einen zweiten oder weitere Sende­ impulse (4) sendet, wenn ein Echoimpuls (5) des ersten Sendeimpulses (4) empfangen wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sendeimpuls (4) nur gesendet wird, wenn der empfangene Echoimpuls (5) des ersten Sendeimpulses (4) innerhalb eines vorgegebenen Zeit­ fensters (tf) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang eines zweiten Echoimpulses (5) ein Zeitfenster (tf) vorge­ geben wird, wobei das Zeitfenster (tf) in Abhängigkeit von der Laufzeit des ersten Sendeimpulses (4) aktiv geschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Echo­ impulse außerhalb des Zeitfensters (tf) ausgeblendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Zeitfenster (tf) die Laufzeit t1-t0 des ersten Echo­ impulses (5) einschließt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeit­ fenster (tf) in etwa symmetrisch zur Laufzeit t1-t0 des ersten Sendeimpulses (4) gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zeitfenster (tf) spätestens vor Aussenden eines neuen Sendeimpulses (4) geschlossen wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Steuerung (1) aufweist und daß die Steuerung (1) Mittel (10, 11, 14) aufweist, mit denen ein Zeitfenster (tf) für den Empfang eines weiteren Echoimpulses (5) in Abhängigkeit vom Empfang eines ersten Echoimpulses (5) vorgebbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung für die Abstandsmessung in einem Kraftfahrzeug verwendbar ist.
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