專利名稱：用于超聲波傳感器的功能檢驗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的類型的用于機(jī)動車上超聲波傳感器的 功能檢驗的方法。
背景技術(shù)：
由DE 4338743 Al公知了一種用于檢驗超聲波傳感器的裝置及方法。 為此在機(jī)動車旁邊與超聲波傳感器相距一個確定的距離地設(shè)置一個反射物 體，其中，求出由該物體反射的信號振幅的大小作為用于超聲波傳感器的 靈敏度的量度。由超聲波信號到確定的障礙物的傳播時間也可確定出環(huán)境 溫度。在其周圍環(huán)境中在機(jī)動車旁邊真正具有障礙物的那些傳感器上可以 進(jìn)行相應(yīng)的測量。
此外公知了 在超聲波距離測量時發(fā)射出的信號不僅被機(jī)動車周圍環(huán) 境中的障礙物反射，而且也可能信號由地面反射及傳送回機(jī)動車。該效果 通常是不希望的，因為由車道表面的反射可能被錯誤地判斷為機(jī)動車周圍 環(huán)境中的障礙物。因此可導(dǎo)致發(fā)出一個在機(jī)動車周圍環(huán)境中有障礙物的警
報，盡管在推測的位置上不具有障礙物。對此例如由EP935765 Bl公知了 對于地面回波的可能距離，通過有針對性地降低靈敏度來排除相應(yīng)的錯誤 檢測。相應(yīng)地也可以適配發(fā)射信號，以避免由地面反射引起的錯誤檢測。

發(fā)明內(nèi)容
相比之下，根據(jù)本發(fā)明的具有并列獨立權(quán)利要求的特征的用于超聲波 傳感器的功能檢驗的方法及距離測量裝置具有其優(yōu)點，即發(fā)射信號可被這 樣適配，使得在用于超聲波傳感器的檢驗工作中，在傳統(tǒng)的條件下由地面 反射的超聲波信號可由該傳感器本身或由機(jī)動車上另一超聲波傳感器檢測 到。由此可作到以簡單的方式檢驗超聲波傳感器的功能。因為即使當(dāng)機(jī)動 車周圍沒有產(chǎn)生反射信號的適當(dāng)障礙物，至少對于超聲波傳感器是否發(fā)送一個超聲波信號的檢驗也是可以的。當(dāng)機(jī)動車上的安裝地點使得不能利用 機(jī)動車上的物體來用于反射超聲波信號時，也可進(jìn)行檢驗。
傳統(tǒng)的條件在此情況下應(yīng)理解為機(jī)動車位于一個通常的路面上。地 面反射的前提是，相應(yīng)地在機(jī)動車的前面也存在地面。如果機(jī)動車用其車 尾或用車頭伸入一個例如形成一停車位邊界的灌木中，則這種傳統(tǒng)的條件 未給出。這同樣適用機(jī)動車這樣地泊車，即在機(jī)動車前面無地面，例如在 一個設(shè)置于陡坡上的停車位中。此外信號應(yīng)被這樣強(qiáng)地確定，以致即使在 稍微不利的氣候條件下如下雨時也可檢測到由地面反射的超聲波信號。
在常規(guī)距離測量時，這樣選擇發(fā)射的超聲波信號和/或信號檢測，以致 盡可能地完全檢測不到地面回波，與該常規(guī)距離測量相反地，在檢驗工作 中發(fā)射的超聲波信號的振幅和/或持續(xù)時間被這樣的增大或延長，以致在按 規(guī)定工作的超聲波傳感器上也可檢測到地面回波的反射。如果確定出超聲 波傳感器的功能正常，則駕駛員了解到他可信賴所使用的傳感器。由此駕 駛員也了解到他能可靠地得到機(jī)動車周圍環(huán)境中有障礙物的警報。如果 不能確定超聲波傳感器的功能正常，則優(yōu)選對駕駛員發(fā)出警報。他現(xiàn)在將 會了解由于超聲波傳感器的污染或傳感器本身的故障，他將不能信賴可 能輸出給他的距離警報。因此他必需自己監(jiān)測機(jī)動車的周圍區(qū)域，以避免 撞車。在一定情況下，為了恢復(fù)正常功能，為超聲波傳感器消除污物或雪 即可。
通過在從屬權(quán)利要求中描述的措施可得到權(quán)利要求1中給出的方法的 有利的進(jìn)一步構(gòu)型及改進(jìn)。特別有利的是，首先不使用發(fā)射的超聲波信號 的持續(xù)時間和/或振幅的最大值來開始測量。在許多情況下，為了檢測地面 回波使用小的振幅或短的信號持續(xù)時間就足夠。如果在此情況下檢測到地 面回波，則就可確定出功能正常。對于不能檢測到地面回波的情況，可增 大振幅或延長信號持續(xù)時間。通過在短的信號持續(xù)時間的情況下開始-對 于該信號持續(xù)時間足夠的情況-可減小測量時間。當(dāng)要檢驗傳感器是否真 正存在可靠的功能正常時，多次相繼地進(jìn)行檢驗測量是特別有利的。此外
通過逐步增大增益也可檢測關(guān)于所確定出的靈敏度的級別。
此外有利的是，除了是否接收到地面回波的單純檢測外，還可對接收 信號的振幅的大小進(jìn)行分析處理。在一定情況下由此也可確定出超聲波傳感器的一個臨界狀態(tài)，這時雖然仍可進(jìn)行檢測，但可能被污泥或雪己污染 到如此程度，以致極大地影響到傳感器的性能。
此外有利的是，為了檢測地面回波在等待地面回波的時間上提高超聲 波傳感器的靈敏度。該時間窗大致可由傳感器裝置相對車道的幾何布置來 確定。通過更高的靈敏度可更好地檢測地面回波。因為這尤其要視傳感器 是否確實發(fā)射了一個回波信號而定，該回波信號被反射，因此即使在地面 例如由于少量的植被僅差地反射超聲波信號時，也可進(jìn)行超聲波傳感器的 功能檢驗。


本發(fā)明的實施例被表示在附圖中及在以下的說明中對其詳細(xì)地描述。 附圖表示
圖1:裝在機(jī)動車尾部上的一個根據(jù)本發(fā)明的距離測量裝置的概要視
圖，
圖2:機(jī)動車的地面以上的側(cè)視圖，
圖3:用于增長或加大發(fā)射信號的振幅的多個實施例， 圖4:接收超聲波傳感器隨時間的一靈敏度曲線，其中帶有標(biāo)出的、 接收的來自地面回波的超聲波信號的包絡(luò)曲線， 圖5: —個根據(jù)本發(fā)明的方法流程。
具體實施例方式
圖1中表示一個機(jī)動車1的尾部。在機(jī)動車的后邊緣2上設(shè)置有超聲 波傳感器3， 3'。相應(yīng)地也可在機(jī)動車的前側(cè)選擇這樣一個裝置。在一個優(yōu) 選的實施例中也可在機(jī)動車的側(cè)面角上設(shè)置超聲波傳感器4。這些超聲波傳 感器例如通過總線系統(tǒng)5與控制單元6相連接?？刂茊卧?控制借助超聲 波傳感器3， 3'， 4的超聲波信號的發(fā)射。這些超聲波傳感器例如各具有一 個壓電元件，該壓電元件通過電激勵來激發(fā)一個膜片以發(fā)射超聲波。這些 超聲波被一個可能位于機(jī)動車外圍環(huán)境中的障礙物反射及反射回超聲波傳 感器。控制單元6可將超聲波傳感器3， 3'， 4轉(zhuǎn)換到一個接收模式。在接
收模式中反射回的超聲波將超聲波傳感器的膜片激勵到振動。該振動可通過壓電元件轉(zhuǎn)換成電信號。這些電信號或者在超聲波傳感器3， 3'， 4中或 者在控制單元6中被分析處理。該分析處理優(yōu)選這樣地進(jìn)行，即將電信號 的振幅與一個閾值以適當(dāng)?shù)姆绞较啾容^。如果該閾值被超過，則認(rèn)為接收 到超聲波信號。由信號發(fā)射的時刻及信號接收的時刻確定出信號的傳播時 間。因此在計入超聲波的速度的情況下可確定出傳感器3， 4即機(jī)動車與機(jī) 動車外部的一個障礙物之間的到障礙物的距離。如果該距離小于一個預(yù)給 定的量度、例如一米，則通過顯示單元8發(fā)出視覺警報和/或通過揚(yáng)聲器7 發(fā)出聲音警報?？刂茊卧?還以根據(jù)本發(fā)明的方式被設(shè)計用于執(zhí)行超聲波 傳感器3， 4的檢驗。在一個第一實施形式中該檢驗在機(jī)動車起動時進(jìn)行。 在另一實施形式中，該檢驗也可當(dāng)超聲波傳感器3， 4每次被啟動例如用于 待進(jìn)行的泊車過程時進(jìn)行。而在又一實施形式中，也可在超聲波傳感器使 用期間以規(guī)定的時間間隔重復(fù)進(jìn)行該功能檢驗。
圖2中表示機(jī)動車1，在它的保險杠10上設(shè)置了超聲波傳感器3， 4。 圖2中示例地示出這些超聲波傳感器中的一個。超聲波傳感器3'產(chǎn)生出一 個大致錐形的聲場11。如果在機(jī)動車的后面具有一個點狀線表示的障礙物 12，則超聲波由該障礙物反射回多個超聲波傳感器3中的至少一個上。但 在本例中在機(jī)動車的后面應(yīng)無障礙物，該機(jī)動車停在地面20上。由于超聲 波射束在地面20上緩斜的入射角，大量入射的超聲波離開機(jī)動車1地被反 射。由于在通常的車道鋪面、例如瀝青的情況下地面20的不平整度實際上 總是存在的，故也有發(fā)射出的超聲波信號的一小部分按照箭頭21由地面20 反射回超聲波傳感器3'或反射回相鄰的超聲波傳感器3中的一個上。對于 測量例如到障礙物12的距離，來自地面20的回波是不希望有的。因此通 常使用一個超聲波信號，它的振幅如此地小或它的信號持續(xù)時間如此地小， 以致由地面反射的超聲波信號不會干擾測量。但在根據(jù)本發(fā)明的方式中， 對于當(dāng)前的檢驗工作，發(fā)射的超聲波信號具有相應(yīng)高的振幅或具有相應(yīng)長 的信號持續(xù)時間，使得由地面20反射的、按照箭頭符號21的超聲波信號 又被超聲波傳感器3'中的至少一個接收。
在此情況下，在第一實施形式中這樣地進(jìn)行測量，即超聲波傳感器3' 發(fā)射一個超聲波信號及接著轉(zhuǎn)換到接收工作中，以致該超聲波傳感器本身 也可接收由它自己發(fā)射的超聲波信號。在另一工作方式中，其它的超聲波傳感器3被轉(zhuǎn)換到接收工作方式中，以便接收由超聲波傳感器3'發(fā)射的超
聲波信號。
在圖3中記錄了超聲波傳感器3'的發(fā)射信號隨時間的振幅。在Y軸 31上記錄了振幅，而在X軸30上記錄了時間。陰影線表示一個超聲波信 號32，它用于從機(jī)動車l出發(fā)的距離測量。
為了接收物體反射波，典型的發(fā)射時間例如為30(His。對于檢測地面 的檢驗測量，例如將發(fā)射脈沖延長到70(Him才有意義。這同樣地適用于壓 電元件的控制電壓，在常規(guī)測量時該控制電壓為120V，在檢驗測量時可為 例如150V。
在這里所示的實施例中，在所述預(yù)給定的發(fā)射持續(xù)時間上，膜片在一 預(yù)給定的時間上一起被激勵至振動。振動的起振特性及衰減特性在根據(jù)圖3 的示圖中被忽略。為了保證由地面可靠地反射，在第一實施形式中可根據(jù) 虛線33來簡單地延長發(fā)射信號。在另一實施形式中，發(fā)射信號也可根據(jù)虛 線被提高至一個更大的振幅34。并且也可為兩個措施的組合，即可提高振 幅且延長信號持續(xù)時間。尤其是脈沖的拓寬有助于改善由地面反射的回波 的可檢測性。普遍適用的是，脈沖持續(xù)愈長及振幅愈大，可越好地識別到 地面回波。在許多情況下為了得到地面回波的可靠反射，使脈沖持續(xù)時間 翻倍或三倍已足夠。視機(jī)動車上安裝地點而定可能必需改變相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。 例如保險杠的高度視機(jī)動車類型而不同在載重汽車或越野汽車上保險杠 的高度例如大于傳統(tǒng)的個人小汽車上保險杠的高度。相應(yīng)地，在檢驗工作 中發(fā)射信號的脈沖持續(xù)時間和/或幅度大小必要時必需適配于超聲波傳感 器在機(jī)動車上的安裝位置。
在檢驗測量的情況下，在第一次測量時例如不必直接地發(fā)射例如相應(yīng) 于虛線34的最大持續(xù)時間及最大振幅。例如可以是，首先僅使脈沖持續(xù)時 間為雙倍，這相應(yīng)于虛線33。在下一步驟中可使振幅升高50%，這相應(yīng)于 點劃線35。在另一步驟中才使用符合最大振幅34的發(fā)射信號。當(dāng)在此情況 下還檢測不到地面回波時，才發(fā)出一個出錯報告。
出錯報告例如由控制單元6輸出到顯示單元8上。在顯示器上例如對 駕駛員指示"距離測量裝置受干擾"。相應(yīng)地也1可通過揚(yáng)聲器7發(fā)出警 報音。圖4中表示超聲波傳感器3， 3'的接收特性。這里接收到的超聲波信 號的包絡(luò)曲線的幅值(包絡(luò)線值)相對X軸40上的時間被記錄在Y軸41 上。靈敏度曲線42給出何時檢測到一個接收信號。如果進(jìn)入的信號位于靈 敏度曲線42以上，則檢測出該信號。如果該信號位于其下，則檢測不到信 號。靈敏度曲線42用于可以濾掉尤其是由噪音引起的干擾。在第一時間 間隔43中設(shè)有一個無效時間，它能夠作到不會由超聲波傳感器的暫態(tài)特 性引起干擾。接著對于測量工作，必要時可根據(jù)虛線44短時地通過閾值的 提高使靈敏度下降，以排除地面回波。對于檢驗工作，優(yōu)選取消該靈敏度 下降，由此靈敏度曲線42可用于檢驗工作。在另一實施形式中用于檢驗工 作的測量的、通常使用的靈敏度水準(zhǔn)也可被降低到一個更低的水準(zhǔn)45上。
在根據(jù)圖4的視圖中示范地表示出三個不同的反射的地面回波信號。 這些信號由第一信號51經(jīng)過第二信號52到第三信號53在其強(qiáng)度上增大。 第一信號51僅在靈敏度水準(zhǔn)下降到水準(zhǔn)45時被檢測到。第二信號僅當(dāng)靈 敏度水準(zhǔn)平移到與靈敏度曲線42相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值時被識別出。第三信號如此 地強(qiáng)，以致它總是超過常規(guī)的靈敏度水準(zhǔn)42。圖4中表示發(fā)射出的超聲波 信號真正規(guī)則地分布的反射。通過部分地在很小的散射中心上不規(guī)則散射 該信號也可得到完全不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。為了確定是否接收到一個輸入信號， 只要在信號接收期間的至少一個時刻上一個相應(yīng)預(yù)給定的閾值被超過即 可，該閾值必需足夠大，以便能使真正的被反射的信號與總是存在的背景 噪音分開。
圖5中表示一個根據(jù)本發(fā)明的方法的流程。通過一個初始化步驟60 開始了超聲波傳感器的根據(jù)本發(fā)明的檢驗方法。在一定情況下該檢驗方法 可對于一個機(jī)動車上的多個超聲波傳感器相繼地執(zhí)行。在發(fā)射步驟61中發(fā) 射一個超聲波信號，該超聲波信號相對常規(guī)距離測量工作所使用的信號在 其持續(xù)時間和/或其振幅上增大。在接著的第一檢驗步驟62中將檢驗發(fā) 射出的超聲波信號是否又被接收到。為此發(fā)送傳感器和/或機(jī)動車上的其它 超聲波傳感器被轉(zhuǎn)換到接收工作中。如果在一個大約相應(yīng)于一個信號到地 面20及返回到一個超聲波傳感器的傳播時間的持續(xù)時間后檢測到一個超聲 波信號，則接收到地面回波。由此該檢驗方法結(jié)束在一個第一結(jié)束步驟63 中。在此情況下確定出該超聲波傳感器工作正常。必要時該檢驗方法對于一個超聲波傳感器也可多次相繼地進(jìn)行。在此情況下，優(yōu)選僅當(dāng)多次、例 如三次相繼進(jìn)行檢驗，每次均檢測到地面回波時，才確定該傳感器工作正常。
如果在第一檢驗步驟62中確定了未檢測出地面回波，則分支到一個第
二檢驗步驟64。在第二檢驗步驟64中則檢驗發(fā)射出的超聲波信號的振幅
和/或持續(xù)時間是否被選擇得如此地大，使得在符合規(guī)定地正常工作的超聲 波傳感器上一定能可靠地接收到地面回波。如果相應(yīng)的最大值已被達(dá)到，
則分支到第二結(jié)束步驟65。在第二結(jié)束步驟65中確定出超聲波傳感器存在 功能缺陷。相應(yīng)地由控制單元6對使用者發(fā)出一個警報。而如果在第二檢 驗步驟64中確定出最大值還未被達(dá)到，則分支到一個設(shè)置步驟66。在該 設(shè)置步驟66中則根據(jù)預(yù)給定規(guī)則提高超聲波信號的持續(xù)時間和/或振幅。 接著返回到發(fā)射步驟61，在該步驟中發(fā)射在其持續(xù)時間和/或振幅上現(xiàn)在再 次增大的信號。
權(quán)利要求
1.用于機(jī)動車上超聲波傳感器的功能檢驗的方法，其中，該超聲波傳感器發(fā)射一超聲波信號及該超聲波信號被機(jī)動車前面的地面反射及由該超聲波傳感器或另一超聲波傳感器接收，其特征在于發(fā)射出的超聲波信號的持續(xù)時間和/或振幅被選擇得這樣地大，以便在通常條件下能夠接收由地面反射的信號，在接收到被反射的信號時確定出該超聲波傳感器有功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于首先發(fā)射一個第一超聲波信號， 對于接收不到由地面反射的超聲波信號的情況，如果還未達(dá)到所述持續(xù)時 間和/或所述振幅的一個值，在該值時在通常條件下一定可靠地實現(xiàn)所述反 射的超聲波信號的接收，則提高下一發(fā)射出的超聲波信號的持續(xù)時間和/或 振幅。
3. 根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于附加地對接收到的信 號的振幅大小進(jìn)行分析處理，用于所述超聲波傳感器的功能檢驗。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于為了檢測由地面反射 的信號提高所述超聲波傳感器的靈敏度。
5. 距離測量裝置，具有至少一個用在機(jī)動車中的超聲波傳感器G， 3'， 4)， 一用于引起在所述超聲波傳感器(3')的檢驗工作中通過該超聲波傳感 器發(fā)射一超聲波信號的控制單元(6)，其特征在于該控制單元(6)使發(fā) 射出的超聲波信號的振幅和/或持續(xù)時間加大，使得該發(fā)射出的及被機(jī)動車 前面的地面(20)反射的超聲波信號在通常條件下能可靠地由所述超聲波 傳感器(3')或另一超聲波傳感器(3)接收到，該控制單元(6)與一輸出 單元(7， 8)相連接，該輸出單元用于在所述超聲波信號被發(fā)射后仍接收 不到由地面(20)反射的信號的情況下輸出一出錯報告。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車上超聲波傳感器的功能檢驗的方法，其中，在檢驗工作中，發(fā)射出這樣大的超聲波信號，以便在通常條件下能夠接收由地面反射的信號，在接收到被反射的信號時確定出該超聲波傳感器功能正常。
文檔編號G01S7/52GK101322044SQ200680045463
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者P·普賴斯勒 申請人:羅伯特·博世有限公司