DE4338743A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Ultraschallsensors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Ultraschallsensors

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors bzw. einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 7. Aus der DE 34 20 004 A1 ist schon eine Abstandsmeßvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der mit zwei Sende- und Empfangssensoren die Laufzeit von Ultraschallsignalen bei Reflexion an einem Hindernis gemessen wird. Bei dieser Einrichtung wird in zwei Betriebsarten unterschieden, ob das reflektierte Signal desselben oder eines anderen Ultraschallsensors empfangen wird. Die Umschaltung von einem zum anderen Sensor ist einerseits relativ aufwendig. Andererseits kann zwar dadurch eine Funktionskontrolle durchgeführt werden, die Empfindlichkeit der Sensoren wird jedoch nicht überprüft. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Laufzeit des gemessenen Ultraschallsignals von der Schallausbreitung in der Umgebung abhängt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist jedoch temperaturabhängig, so daß bei wechselnder Temperatur der Umgebungsluft mit einem entsprechenden Meßfehler gerechnet werden muß.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. dessen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 7 hat demgegenüber den Vorteil, daß beim Betrieb eines Ultraschallsensors nicht nur dessen Funktionssicherheit geprüft wird. Mit Hilfe einer vorgegebenen Bezugsmarke, deren Abstand zum Ultraschallsensor fest ist, kann darüberhinaus die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors überwacht werden. Besonders vorteilhaft ist, daß aus der Laufzeit des Ultraschallsignals auch die Temperatur der Umgebungsluft bestimmt werden kann, so daß daraus ein Korrekturfaktor gebildet werden kann, mit dem die Meßwerte zu Hindernissen in der Umgebung des Fahrzeuges korrigierbar sind.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. dessen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Amplitude des empfangenen Echosignals oder deren Verhältnis zum gesendeten Signal als Maß für die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors auswertbar ist. Die Amplitude oder deren Verhältnis kann mit einem gespeicherten Wert verglichen werden, der beispielsweise für eine bestimmte Temperatur sowie dem fest vorgegebenen Abstand zum Hindernis gilt. Derartige Referenzwerte können entweder empirisch ermittelt oder aufgrund der physikalischen Zusammenhänge errechnet werden.
Aus der Berücksichtigung der Temperatur ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Temperaturwert auch auf der Anzeigetafel des Fahrzeuges dargestellt werden kann und somit dem Fahrer jederzeit die Umgebungstemperatur angibt. Ein separater Temperatursensor, der sonst zur Anzeige der Temperatur erforderlich wäre, wird nicht benötigt.
Bei Verwendung mehrerer Ultraschallsensoren, die symmetrisch zu der fest vorgegebenen Bezugsmarke angeordnet sind, kann vorteilhaft auch ein Vergleich der von jedem Sensor gemessenen Echosignale durchgeführt werden, so daß dadurch die Zuverlässigkeit der Messung verbessert wird.
Bekannte Ultraschallsensoren haben zum Teil einen sehr weiten Detektionsbereich, in dem bereits kleine Hindernisse detektiert werden können. Ist ein derartiger Sensor in einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges eingebaut, dann kann bereits eine vorstehende Kante des Nummernschildträgers an der Stoßstange detektiert werden. Da der Abstand zwischen der vorstehenden Kante und dem Ultraschallsensor bekannt ist, können daraus die gewünschten Werte ermittelt werden. Der Nummernschildträger ist relativ unauffällig, so daß dessen Kante vom Design her nicht stört. Damit ist eine einfache Möglichkeit für die Kontrolle des Ultraschallsensors gegeben. Zusätzliche Kanten oder Markierungen sind nicht erforderlich.
Eine bevorzugte Anwendung ist bei einer Ein- oder Ausparkhilfe eines Kraftfahrzeuges gegeben, da beim Parkvorgang in der Regel die gemessenen Abstände sehr kurz sind und infolgedessen zur Vermeidung einer Karambolage das Meßergebnis sehr zuverlässig sein muß.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
An einem Stoßfänger 1 des Kraftfahrzeuges sind symmetrisch zur Fahrzeugmitte zwei Ultraschallsensoren 2 angeordnet. Zwischen den beiden Sensoren 2 ist ein Nummernschildträger 4 angeordnet, dessen Kanten bezüglich des Stoßfängers 1 erhaben sind. Die Ultraschallsensoren 2 haben einen Detektionsbereich 3, der gestrichelt dargestellt ist und eine Seitenkante des Nummernschildträgers 4 erfaßt. Diese Seitenkante steht im festen Abstand d zum Ultraschallsensor 4 und bildet die Referenzmeßstrecke d. Anstelle des Nummernschildträgers kann natürlich auch ein anderer geeigneter Vorsprung im Detektionsbereich 3 des Sensors 2 angeordnet werden, um die Meßstrecke d zu bilden. Die Ultraschallsensoren 2 sind mit einer Steuerung 5 verbunden, die per se beispielsweise aus der DE 34 20 004 A1 bekannt ist. Die Steuerung 5 hat einen Speicher 6, in dem Referenzwerte für den Abstand d, die gemessene Laufzeit bezogen auf eine bestimmte Temperatur und/oder entsprechende Temperaturwerte abgelegt sind. Die Anordnung der Sensoren 2 ist nicht auf den Stoßfänger 1 beschränkt, vielmehr können die Sensoren auch an anderen Teilen des Fahrzeuges angeordnet sein.
Im folgenden wird die Funktionsweise näher erläutert. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise als Einpark- oder Ausparkhilfe für ein Kraftfahrzeug verwendbar. Bei Inbetriebnahme dieser Vorrichtung kann dabei eine Kontrollmessung durchgeführt werden, wobei sowohl die Amplitude des empfangenen Echos wie auch die Laufzeit des Echos exakt gemessen werden. Die Steuerung 5 liefert die entsprechenden Pulse für die Sensoren 2 bzw. erfaßt das von den Sensoren 2 empfangene Echo. Aus der Amplitude des empfangenen Echos oder auch deren Verhältnis zum Sendeimpuls läßt sich genau auf die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors schließen. Dabei vergleicht die Steuerung 5 die gemessene Amplitude oder deren Verhältnis zum Sendesignal mit Werten, die in dem Speicher 6 abgelegt sind. Ist die gemessene Amplitude kleiner als der gespeicherte Wert, dann ist die Empfindlichkeit des Sensors geringer, so daß beispielsweise das Sendesignal oder die Empfangsverstärkung entsprechend erhöht werden kann.
Die Laufzeit des Ultraschallechosignals ist bei bekanntem Abstand d von der Temperatur der Umgebungsluft abhängig. Für die tatsächliche Ultraschallgeschwindigkeit c gilt die Beziehung
mit C₀ = 331,8 m/s bei der Temperatur T₀ = 273 K und ΔT = T - T₀. Dabei ist T die momentane Temperatur (Umgebungstemperatur in Kelvin).
Des weiteren gilt für die Echolaufzeit
2d = c · t (2)
wobei t gleich die Echolaufzeit bei der tatsächlichen Ultraschallgeschwindigkeit c ist.
Durch Einsetzen der Gleichung (2) in Gleichung (1) erhält man für die Umgebungstemperatur T
Aus Gleichung (3) kann bei bekanntem Abstand d somit die Umgebungstemperatur ermittelt werden und dieser Wert beispielsweise auf einer Anzeige eines Kombiinstrumentes angezeigt werden.
Andererseits erhält man durch Einsetzen in Gleichung (1) die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit c. Mit diesem Wert kann dann nach Gleichung (2) die Messung für den Abstand d korrigiert werden.
Die Änderung der Ultraschallgeschwindigkeit C wird anhand eines Beispiels näher erläutert.
Bei T = 300,3 K oder T = 27,3 K ergibt sich nach Gleichung (1)
Diese Korrektur kann nun für die weiteren Messungen beispielsweise bei einem Einparkvorgang des Fahrzeuges verwendet werden, so daß das Meßergebnis sehr genau ist.
Die Temperaturausgabe auf einer entsprechenden Anzeige hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Temperatursensor benötigt wird, der beispielsweise durch negative Einflüsse wie die Abwärme des Motors oder des Auspuffrohres beeinflußt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors, der vorzugsweise zur Abstandsmessung an einem Fahrzeug angeordnet ist, mit einer Steuerung zur Ansteuerung des Ultraschallsensors und Auswertung der vom Ultraschallsensor empfangenen Echosignale, und mit einer Anzeige für den gemessenen Abstand, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funktionskontrolle des Ultraschallsensors (2) durchgeführt wird, wobei bei der Funktionskontrolle die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors (2) überprüft und/oder die Laufzeit des Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionskontrolle ein feststehendes Hindernis (4) mit definiertem Abstand (d) zum Ultraschallsensor (2) vorzugsweise am Kraftfahrzeug vorgegeben ist und daß die Amplitude des empfangenen Echosignals als Maß für die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors (2) auswertbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Amplituden Sendesignal zu Echosignal als Maß für die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors (2) auswertbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit des Ultraschallsignals zum feststehenden Hindernis (4) als Maß für die Umgebungstemperatur auswertbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf einer Anzeige ausgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, symmetrisch zum feststehenden Hindernis (4) angeordnete gleichartige Ultraschallsensoren (2) vorgesehen sind, deren Meßwerte miteinander verglichen werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ultraschallsensor (2) im Bereich eines Stoßfängers (1) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, daß das Kraftfahrzeug eine feststehende, als Hindernis (4) wirkende Markierung, beispielsweise einen Vorsprung aufweist, der im Detektionsbereich (3) des wenigstens einen Ultraschallsensors (2) liegt, daß die Steuerung (5) einen Speicher (6) aufweist, in dem Referenzwerte für die Amplitude des empfangenen Ultraschallsignals und/oder die Laufzeit bzw. die entsprechende Umgebungstemperatur abgelegt sind und daß die Steuerung (5) ausgebildet ist, aus den Referenzwerten und der Amplitude des Echosignals die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors (2) und/oder aus der Laufzeit die Umgebungstemperatur zu bestimmen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (4) ein Nummernschildträger oder ein erhabener Vorsprung am Fahrzeug ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Einpark- oder Ausparkhilfe eines Kraftfahrzeugs verwendbar ist.
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