DE4338743C2 - 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 vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Ultraschallsensors.
Aus der DE 41 20 397 A1 ist eine Einrichtung zur Messung mit­ tels Ultraschall bekannt, wobei aus der Laufzeit der Ultra­ schallsignale über eine bekannte Strecke die Umgebungstempe­ ratur ermittelt wird und dann als Korrekturfaktor bei der Laufzeitmessung des Ultraschallsignals zu einem Objekt be­ rücksichtigt wird.
Die DE 42 06 990 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern der seitlichen Lage einer Baumaschine oder einer landwirtschaft­ lichen Maschine relativ zu einem Bezugsobjekt, wobei eine temperaturkompensierte Laufzeitmessung bei einer Ultraschall- Abstandsmesseinrichtung durchgeführt wird.
Die DE 40 00 698 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Erkennen der Anwesenheit eines Fahrzeugs mittels einer Ultraschallvorrichtung, wobei eine Funktionskontrolle vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang ist ein Reflektor vor­ gesehen, der außerhalb des Zeitbereichs des Erfassungsbe­ reichs ein Echo liefert, das stets zu einem vorgegebenen Zeitpunkt an den Empfangssensoren eintrifft. Dieses Echo wird ausgewertet, um Alterungserscheinungen einzelner Bauelemente zu kompensieren. Bei einem Abfall des Echosignals kann zur Kompensation beispielsweise die Sendeleistung erhöht werden.
Die DE 32 07 950 A1 beschreibt eine Abstandsmessvorrichtung, welche eine Funktionskontrolleinrichtung aufweist. Zur stän­ digen Überprüfung der Funktionsbereitschaft der Abstandsmess­ vorrichtung ist der Sende- und Empfangseinrichtung ein Re­ flektor in einem vorgegebenen Abstand zugeordnet, wobei das von diesem Reflektor empfangene Laufzeitsignal die Funktions­ kontrolleinrichtung steuert.
Die EP 0 312 845 A1 offenbart eine Überwachungseinrichtung für Rückwärtsfahrtsicherungen bei Fahrzeugen, wobei eine Funktionskontrolle und eine temperaturkompensierte Laufzeit­ messung durchgeführt werden.
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 temperaturabängig, 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 5 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 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 Tempertur 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 ΔT = 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 (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors, der zur Abstandsmessung an einem Fahrzeug angeordnet ist, mit einer Steuerung zur Ansteuerung des Ultraschallsen­ sors und Auswertung der vom Ultraschallsensor empfangenen Echosignale und mit einer Anzeige für den gemessenen Abstand, wobei
mit Hilfe eines feststehenden Hindernisses (4) am Kraftfahr­ zeug, dessen Abstand zum Ultraschallsensor (2) vorgegeben ist, die Umgebungstemperatur bestimmt wird,
eine Funktionskontrolle zur Überprüfung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors durchgeführt wird, indem die Amplitude des empfangenen Echosignals oder deren Verhältnis zum Sendesi­ gnal mit einem jeweiligen in einem Speicher (6) der Steuerung (5) gespeicherten Referenzwert verglichen wird, der für die entsprechende bestimmte Umgebungstemperatur und den vorgegebe­ nen Abstand zum Hindernis (4) vorgesehen ist, und
die Laufzeit des Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der bestimmten Umgebungstemperatur korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit des Ultraschallsignals zum feststehenden Hindernis (4) für die Bestimmung der Umgebungstemperatur ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Umgebungstemperatur auf einer weiteren An­ zeige ausgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere, symmetrisch zum feststehenden Hindernis (4) angeordnete gleichartige Ultraschallsensoren (2) vorgesehen sind, deren Meßwerte miteinander verglichen werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens ein Ultraschallsensor (2) im Bereich eines Stoßfängers (1) eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und das Hindernis (4) ein Nummernschildträger oder ein erhabener Vorsprung am Kraft­ fahrzeug ist.
6. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 5 als Einpark- oder Ausparkhilfe.
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