耐用性提高的超聲波系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于基于汽車的距離測(cè)量系統(tǒng)（10）的超聲波傳感器，包括溫度傳感器，其設(shè)置為測(cè)量所述超聲波傳感器（1）的溫度。本發(fā)明還提出一種距離測(cè)量系統(tǒng)，其具有用于分析距離信號(hào)的控制儀、超聲波傳感器及在控制儀和超聲波傳感器之間的通信通道。此外，本發(fā)明提出一種汽車，其包括超聲波傳感器和/或前述距離測(cè)量系統(tǒng)。所述距離測(cè)量系統(tǒng)和所述汽車在這里都具有根據(jù)本發(fā)明提出的超聲波傳感器。
【專利說明】耐用性提高的超聲波系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波系統(tǒng)，例如現(xiàn)有技術(shù)中很久以來(lái)就已知的停車距離控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波傳感器的功能常常基于反射波探測(cè)原理，即它不僅作為發(fā)射機(jī)工作，還作為接收機(jī)工作。在這里，控制儀向超聲波傳感器(超聲波發(fā)射接收機(jī))發(fā)射指令。此外在這個(gè)接收時(shí)間期間，在設(shè)置連接中不控制相鄰的傳感器?，F(xiàn)在根據(jù)反射原理進(jìn)行距離測(cè)量。超聲波經(jīng)過的行程對(duì)應(yīng)每個(gè)傳感器和也許存在的障礙物之間的兩倍距離，發(fā)出的超聲波信號(hào)在障礙物上反射。在傳感器中，模擬信號(hào)的幅值與閾值(所謂的比較閾值)比較。如果對(duì)應(yīng)反射信號(hào)的模擬信號(hào)低于所述閾值，則所屬數(shù)字信號(hào)等于傳感器電壓供應(yīng)(高)。如果所屬模擬信號(hào)超過所述比較閾值，所述數(shù)字信號(hào)代替?zhèn)鞲衅髦?低)。從電壓級(jí)的這個(gè)代替推論接收的反射波。在傳感器中，所述比較閾值(對(duì)應(yīng)傳感器的靈敏度)根據(jù)反射波的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。這是需要的，以便通過提高的探測(cè)靈敏度考慮因?yàn)樘岣叩倪\(yùn)行距離而減小的反射波信號(hào)幅值。靈敏度的時(shí)間變化曲線命名為特性曲線，并且保存在系統(tǒng)內(nèi)部。它可由控制儀編程到傳感器中并且在需要時(shí)改變它。如眾所周知的，超聲波傳感器的靈敏度根據(jù)環(huán)境溫度和空氣濕度變敏感。兩個(gè)值影響在環(huán)境中波的吸收和因而提高反射波的幅值。為了使所述靈敏度不依賴于這些值而盡可能地保持恒定，目前，汽車的空氣溫度信號(hào)(例如來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或組合儀器)通過總線系統(tǒng)(例如CAN-或LIN總線)，提供給停車輔助控制儀。對(duì)于空氣濕度而言，具有很少例外，已知能夠不使用連續(xù)汽車中的傳感器。如果通告空氣溫度傳感器的確定的溫度范圍，則所屬的、存儲(chǔ)在控制儀中的特性曲線通過所述控制儀選擇并且編程到超聲波傳感器中。尤其對(duì)于反射波運(yùn)行時(shí)間(例如，對(duì)于當(dāng)時(shí)最大的有效半徑約4.5m)，傳感器靈敏度隨空氣溫度的這種跟蹤有益于計(jì)算結(jié)果。然而，通過汽車CAN提供的中心測(cè)定溫度信號(hào)通常只是外部空氣溫度的標(biāo)準(zhǔn)值，它通過另一控制儀的過濾和滯后處理。此外，超聲波傳感器的靈敏度不僅依賴于空氣溫度，還依賴于超聲波傳感器的溫度或在超聲波傳感器中包含的變換器的溫度，因?yàn)榇_定的傳感器模塊本身固有一溫度相關(guān)性。在現(xiàn)有技術(shù)中，在通過控制儀選擇適當(dāng)?shù)奶匦郧€的過程中，從超聲波傳感器具有與環(huán)境空氣幾乎相同的溫度出發(fā)。然而，在保持相同的空氣溫度和更長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間時(shí)，阻塞在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的傳感器比背離發(fā)動(dòng)機(jī)的、布置在汽車?yán)鋮s側(cè)的傳感器更溫暖?；谝阎目諝鉁囟葴y(cè)量值的特性曲線轉(zhuǎn)移在這種情形下能夠不考慮另外的傳感器溫度。因此，所述更溫暖的傳感器的靈敏度顯著降低，但這通過選擇合適的特性曲線平衡。在這里，在傳感器加熱40°時(shí)，例如探測(cè)區(qū)域通過另外的傳感器溫度在沒有改變的靈敏度特性曲線從距離圓形支柱形式的障礙物大約Im減小到80cm。對(duì)行車安全的影響明顯提高。還有當(dāng)汽車在冬天從供暖的車庫(kù)行駛到道路上時(shí)，已知的系統(tǒng)僅僅考慮環(huán)境空氣的空氣溫度而可能產(chǎn)生不利的結(jié)果。按照空氣溫度的這種陡降，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)立即載入敏感度的特性曲線。然而，傳感器在從供暖的車庫(kù)駛出時(shí)僅僅延遲地變冷。對(duì)應(yīng)地，它的靈敏度只是慢慢降低。在與因環(huán)境溫度而載入的特性曲線相關(guān)聯(lián)中，許多干擾反射波是因傳感器的超靈敏度而產(chǎn)生的結(jié)果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)在于克服前述缺點(diǎn)。
[0004]前述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過一種具有權(quán)利要求1的特征的、用于基于汽車的距離測(cè)量系統(tǒng)的超聲波傳感器解決。在本發(fā)明的框架下，超聲波傳感器應(yīng)理解為這樣的一種裝置:它能夠?qū)⒊暡ㄐ盘?hào)發(fā)射到環(huán)境中并且同時(shí)或者接著從環(huán)境中接收超聲波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因而在本發(fā)明的框架下，超聲波傳感器也可稱作超聲波發(fā)射接收器。所述基于汽車的距離測(cè)量系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)這種超聲波傳感器并且設(shè)置為向所述系統(tǒng)的使用者和/或汽車駕駛員以視覺方式和/或以聽覺方式告知他的汽車距離環(huán)境障礙物的距離。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的超聲波傳感器也可用在所謂停車導(dǎo)向系統(tǒng)中，設(shè)置計(jì)算距離測(cè)量信號(hào)和獨(dú)立(自動(dòng))引入與控制汽車運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，所述超聲波傳感器包括溫度傳感器，可布置為例如汽車的保險(xiǎn)杠內(nèi)部的構(gòu)件。所述溫度傳感器此時(shí)設(shè)置為測(cè)量所述超聲波傳感器本身的溫度并且提供關(guān)于超聲波傳感器的溫度的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的溫度傳感器因而不同于現(xiàn)有技術(shù)中熟知的裝置，它不測(cè)量汽車周圍的空氣的溫度，而是測(cè)量所述超聲波傳感器的至少一個(gè)部件的溫度，例如聲變換器和/或提供計(jì)算和進(jìn)一步處理超聲波信號(hào)的其他部件。
[0005]從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案。
[0006]優(yōu)選地，所述溫度傳感器可包括在超聲波傳感器中的pn結(jié)。所述pn結(jié)(例如形式為半導(dǎo)體元件，如二極管和/或三極管)在這里可通過一個(gè)穩(wěn)定電流或穩(wěn)定電壓供給電能，從而它的導(dǎo)電率與溫度的相關(guān)性借助電狀態(tài)得出它的溫度的結(jié)論。進(jìn)一步優(yōu)選地，pn結(jié)可存在于ASIC (專用集成電路)中，設(shè)置成產(chǎn)生和/或計(jì)算超聲波信號(hào)和/或?qū)嵤┡c汽車環(huán)境的總線通信。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述超聲波傳感器可配屬與溫度相關(guān)的敏感度特性曲線，借助它確定在傳感器信號(hào)中用于識(shí)別反射波的閾值。因而依賴于溫度，確定各自所屬總反射波級(jí)作為閾值，大于閾值即可推出變換信號(hào)中存在反射波。備選地或補(bǔ)充地設(shè)置特性曲線族，其中，依據(jù)所述超聲波傳感器的或者它的部件的頻率和溫度預(yù)定義多個(gè)閾值。所述敏感度特性曲線或者特性曲線族能夠存儲(chǔ)在所述超聲波傳感器內(nèi)部的存儲(chǔ)器中和/或在通告超聲波傳感器的確定的溫度值時(shí)通過控制儀發(fā)射到各超聲波傳感器上。因此，在控制儀內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備，特性曲線或特性曲線族存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)設(shè)備中。在在總線系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)傳輸保持很小的第一可能性的情況下，通過第二可能性，安裝在超聲波傳感器內(nèi)部的存儲(chǔ)設(shè)備的容量可以是很小的。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的超聲波傳感器包括另一溫度傳感器，它設(shè)置為測(cè)定環(huán)境空氣溫度和提供對(duì)其進(jìn)一步加工。備選地或補(bǔ)充地，所述溫度傳感器布置在所述超聲波傳感器內(nèi)部，以使得能夠不僅測(cè)定所述超聲波傳感器的溫度而且測(cè)定環(huán)境空氣溫度的典型測(cè)量值。例如，這種傳感器具有面向超聲波傳感器的傳感器頭部，借助傳感器頭部測(cè)定所述環(huán)境空氣溫度；和包括第二傳感器頭部或所述超聲波傳感器內(nèi)部的傳感器區(qū)域，借助它可測(cè)定所述超聲波傳感器的部件的溫度。以這種方式得到許多可能性，測(cè)定的溫度值彼此相對(duì)地合理化和預(yù)測(cè)超聲波傳感器溫度的預(yù)期發(fā)展。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的超聲波傳感器包括通信接口，設(shè)置為提供所述超聲波傳感器的溫度和/或汽車連接結(jié)構(gòu)內(nèi)部的部件的溫度。這能夠使用纜線連接或無(wú)線地實(shí)現(xiàn)。例如，所述通信接口在這里用于對(duì)脈碼調(diào)制和/或脈寬調(diào)制進(jìn)行信息編碼。兩種通信方法相對(duì)于各通信載波上的信號(hào)干涉提供高的安全性。
[0010]在這里，所述超聲波傳感器設(shè)置為在預(yù)定義的時(shí)間間隔(周期的)中發(fā)射代表當(dāng)前溫度的數(shù)據(jù)記錄或者關(guān)于溫度的變化以便使確定的數(shù)量干涉這種通信。以這種方式構(gòu)成控制事故地使用通信通道內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信并且以這種方式避免不必要的數(shù)據(jù)交流。
[0011]特別地，控制區(qū)網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線用作通信通道，其中，所述通信接口包括一個(gè)所謂的CAN控制器。就作為CAN而言，汽車部門中當(dāng)時(shí)繼續(xù)擴(kuò)展的通信標(biāo)準(zhǔn)在使用根據(jù)本發(fā)明的、具有CAN接口的超聲波傳感器時(shí)建議高的集成潛力和節(jié)約成本。
[0012]同樣，在汽車部門的進(jìn)一步擴(kuò)展的是LIN (局域網(wǎng))作為通信標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)總線接口同樣非常良好地適合作為控制儀和超聲波傳感器之間的成本適宜的通信通道。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供一種距離測(cè)量系統(tǒng)，包括控制儀，用于分析距離信號(hào)，以及如在上述不同設(shè)計(jì)方案中所討論的一個(gè)或多個(gè)超聲波傳感器。根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量系統(tǒng)還包括所述控制儀和超聲波傳感器之間的通信通道，其設(shè)置為轉(zhuǎn)換關(guān)于距離測(cè)量和/或溫度，尤其是傳感器溫度。換句話說，所述控制儀設(shè)置為一方面提供發(fā)射的超聲波信號(hào)，另一方面，計(jì)算接收的反射波。備選地或補(bǔ)充地，所使用的超聲波傳感器還可包括計(jì)算邏輯電路，因而這個(gè)完成的解釋(數(shù)字)信號(hào)通過所述通信通道發(fā)射到所述控制儀上。根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在進(jìn)一步設(shè)置，通過所述通信通道也能夠使關(guān)于傳感器溫度和/或環(huán)境空氣溫度的信息或信號(hào)到達(dá)所述控制儀上和也許存儲(chǔ)在控制儀中的特性曲線通過通信通道發(fā)射到根據(jù)本發(fā)明的超聲波傳感器上以對(duì)它進(jìn)行校正。這樣構(gòu)成的距離測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)于使用依據(jù)溫度敏感度波動(dòng)的超聲波傳感器提供提高的耐用性。
[0014]根據(jù)另一方面提出一種汽車，包括一個(gè)上面討論的超聲波傳感器和/或以前討論的距離測(cè)量系統(tǒng)。通過更好地考慮依據(jù)溫度的敏感度波動(dòng)，這樣設(shè)置的汽車提供相對(duì)于與汽車周圍的物品和/或人員不期望的碰撞提高的駕駛安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將參照附圖更詳細(xì)地闡明本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中:
[0016]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波傳感器的實(shí)施例的示意圖，圖解地說明在超聲波傳感器內(nèi)部的部件；
[0017]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施例，和
[0018]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電開關(guān)，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器內(nèi)部的溫度測(cè)量。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出超聲波傳感器I的示意圖，其中，根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器2設(shè)有微控制器3作為超聲波信號(hào)和溫度信號(hào)的計(jì)算單元。利用微控制器3，還設(shè)有存儲(chǔ)器4作為存儲(chǔ)設(shè)備以保存特性曲線和特性曲線族用于在不同溫度值上校正超聲波傳感器。通過連接導(dǎo)線6，設(shè)置在超聲波傳感器I內(nèi)部的通信接口 7接收(圖1中未顯示的)中央控制儀發(fā)射的超聲波信號(hào)并且傳遞到微控制器3上。微控制器3可包括例如接收電路及發(fā)射增強(qiáng)器，通過它可將發(fā)射的信號(hào)發(fā)射到薄膜5上或者由薄膜5接收和整理。超聲波傳感器I所示出的部件可例如布置(例如注入)在塑料殼體中，由此超聲波傳感器I的多插口相對(duì)于環(huán)境空氣的溫度波動(dòng)具有熱滯后。因此，溫度傳感器2發(fā)出的溫度信號(hào)尤其在環(huán)境溫度變化的情況下可能是明顯不同于環(huán)境空氣溫度返回的溫度信號(hào)。
[0020]圖2示出距離測(cè)量系統(tǒng)10，其中，在圖1中詳細(xì)示出的超聲波傳感器I通過作為總線系統(tǒng)的連接導(dǎo)線6相互連接。控制儀8構(gòu)成所示出的距離測(cè)量系統(tǒng)10的主要機(jī)構(gòu)。在控制儀8中，所述距離測(cè)量系統(tǒng)預(yù)存信號(hào)波形，通過一個(gè)或多個(gè)超聲波傳感器I輻射到環(huán)境中?？刂苾x8的作用確定所發(fā)射的信號(hào)到達(dá)超聲波傳感器I上的反射波的反作用，反射波通過連接導(dǎo)線6到達(dá)控制儀8，這預(yù)定義適用于對(duì)應(yīng)距離測(cè)量信號(hào)的情形。為了通過連接導(dǎo)線6通信，連接導(dǎo)線6例如實(shí)施為CAN總線或LIN總線，超聲波傳感器I以及控制儀8分別包括CAN控制器或LIN控制器，以便通過連接導(dǎo)線6通信。
[0021]圖3示出適用于電工技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器I中溫度傳感器2的電路圖。也就是說，所示電路100包含在從圖1已知的溫度傳感器2的內(nèi)部。在電路100中，三極管11構(gòu)成適用于pn結(jié)的實(shí)例，借助于三極管11可測(cè)量超聲波傳感器I內(nèi)部的溫度。因此，三極管11通過供給電壓14和電源13供給穩(wěn)定電流12。三極管11的集電極和基極相互短路。三極管11本身實(shí)施為NPN三極管。通過三極管11的電流電壓此時(shí)依賴于溫度，因而電壓測(cè)量可提供等價(jià)于超聲波傳感器溫度的測(cè)量值。對(duì)此應(yīng)用例如等式
[0022]Uf1uss=U0-1.7mV/K* (T—300K)
[0023]式中，U0是依賴于所使用的半導(dǎo)體的穩(wěn)定電壓值，曰0.7V。這個(gè)等式能夠在測(cè)量電流電壓Uf1uss時(shí)按照T解出，以便保存所述pn結(jié)的當(dāng)前溫度值。通過電阻15和16以及運(yùn)算放大器17，運(yùn)算放大器17供給參考電壓18，變化的電壓通過三極管11轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)下游的模擬/數(shù)字(A/D)變換器19計(jì)算值的值域。它的輸出信號(hào)20由ASIC的(未示出的)流序控制系統(tǒng)接收并且以適當(dāng)?shù)男问酵ㄟ^圖1中示出的通信接口 7轉(zhuǎn)達(dá)給圖2中示出的控制儀8。
[0024]本發(fā)明的核心構(gòu)思在于汽車環(huán)境的空氣溫度和布置在汽車中的超聲波傳感器之間的差異的解出方式是設(shè)置溫度傳感器，其設(shè)置為測(cè)定超聲波傳感器本身的溫度和在選擇適用于校正超聲波傳感器的特性曲線或特性曲線族時(shí)考慮它。
[0025]還如果根據(jù)與附圖關(guān)聯(lián)地說明的實(shí)施例詳細(xì)地闡明本發(fā)明的方面和有利的實(shí)施例，在不超出本發(fā)明的范圍的前提下，專業(yè)人員可能修改和組合所示實(shí)施例的特征，本發(fā)明的范圍是指所附權(quán)利要求書定義的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于基于汽車的距離測(cè)量系統(tǒng)(10)的超聲波傳感器，包括溫度傳感器(2)，其特征在于，所述溫度傳感器(2)設(shè)置為測(cè)量所述超聲波傳感器(I)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述溫度傳感器(2)包含在超聲波傳感器(I)中的作為電流供給源和/或電壓供給源的pn結(jié)，尤其是ASIC和/或三極管(11)中的pn結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波傳感器，其特征在于，對(duì)所述超聲波傳感器(I)配設(shè)依賴于溫度的敏感度特性曲線，尤其是依賴于溫度和頻率的特性曲線族，用于校正所述超聲波傳感器(I)的計(jì)算值。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述敏感度特性曲線和/或特性曲線族存儲(chǔ)在超聲波傳感器(I)內(nèi)部的存儲(chǔ)設(shè)備(4)中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述溫度傳感器(2)設(shè)置為附加地測(cè)量空氣溫度和/或?yàn)榇四康脑诔暡▊鞲衅?I)中設(shè)置另一溫度傳感器⑵。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述超聲波傳感器還包括通信接口(7)，其設(shè)置為尤其是在應(yīng)用脈碼調(diào)制和/或脈寬調(diào)制時(shí)通信超聲波傳感器(I)的溫度和/或空氣的溫度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述超聲波傳感器設(shè)置為周期地或在改變預(yù)先確定的溫度差時(shí)，發(fā)射代表當(dāng)前溫度的消息。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述超聲波傳感器設(shè)置為通過CAN總線(6)和/或LIN總線進(jìn)行通信。
9.距離測(cè)量系統(tǒng),包括: -控制儀(8)，用于分析距離信號(hào)， -根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器(9)，和 -在所述控制儀(8)和超聲波傳感器(I)之間的通信通道(6)，其設(shè)置為傳輸關(guān)于距離測(cè)量的信號(hào)和/或溫度的信號(hào)，尤其傳感器溫度的信號(hào)。
10.具有根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器和/或根據(jù)權(quán)利要求9所述的距離測(cè)量系統(tǒng)(10)的汽車。
【文檔編號(hào)】G01S7/524GK103675822SQ201310384754
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】蔡旌, D·施密德 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司