用于对机动车上的超声传感器进行功能检验的方法、用于运行机动车上的超声传感器的方法以及具有至少一个用在机动车中的超声传感器的距离测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于对机动车上的超声传感器进行功能检验的方法、 一种用于运行机动车上的超声传感器的方法以及一种具有至少一个用在机 动车中的超声传感器的距离测量装置。

背景技术

用于机动车的、借助于超声信号确定与车辆周围环境中的障碍物的距 离的距离测量装置是早就已知的。在此，由传感器发出超声信号，所述超 声信号被障碍物反射。反射的信号由发出所述信号的传感器或者可能也由 另一传感器重新接收。由信号的传播时间确定障碍物与车辆的距离。这样 的超声距离测量装置尤其是用于在停泊车辆时辅助驾驶员。在此，驾驶员 辅助的带宽从输出关于识别到的障碍物的简单警告提示到根据障碍物情况 的自动速度调节(泊车功能)。在此，对距离测量装置和超声传感器的可用 性提出了越来越高的要求。因此，已知的是，对于相应的环境传感器实施 自测试形式的功能检验——也往往称作失效检验(Blindheits-Prüfung)。尤 其是在超声传感器中，可能因为污染而出现可能缓慢的功率下降。

由文献DE 10 2005 057 973 A1公开了一种用于对机动车上的超声传感 器进行功能检验的方法，其中，超声传感器输出超声信号，并且所述超声 信号被车辆前面的地面反射并且由所述超声传感器或另一超声传感器重新 接收。在此，如此选择所发出的超声信号的持续时间和/或振幅的大小，使 得在传统的条件下能够实现被地面反射的信号的接收，并且在接收反射信 号时确定超声传感器的功能。

与超声传感器的用于距离测量的常规应用——以下也称作有效运行相 比，为了实施功能检验明确地改变所发出的超声信号的持续时间和/或振 幅。但这又导致，必须在一个特别的运行模式——以下称作检验运行中执 行功能检验，因为否则可能导致显著的干扰并且因此导致距离测量时的错 误。因此，使用超声传感器的所有驾驶员辅助功能在检验运行期间是不可 用的。这在有利地在功能启动前执行的功能检验中导致驾驶员辅助功能的 可用性的显著延迟。因为在运行期间例如由于结冰或严重污染也可能出现 超声传感器的功能受限或者功能失效，所以功能检验在持续运行期间也是 有意义的。但这在已知的方法中仅仅在相关的驾驶员辅助功能不必须可用 的时间段内是可能的。对于经典的泊车功能，这例如是车辆速度在30Km/h 的极限速度以上时的情形。通过超声传感器的功能发展，例如用于泊车功 能，越来越难找到使用待检验的超声传感器的驾驶员辅助功能不必须可用 的运行条件和(因此)运行时间。

发明内容

本发明通过提供用于对机动车上的超声传感器进行功能检测的方法来 克服以上所述的问题，其中，如此控制超声传感器，使得其发出具有超声 传感器的辅助模式的频率的超声信号，所述超声信号被车辆周围的区域中 的面反射，并且当反射信号由超声传感器自身或者由车辆上的另一超声传 感器接收时超声传感器的至少一个发送路径或一个发送单元被分类为功能 有效的。

如果反射信号由发出超声信号的超声传感器自身接收，则在本发明的 一个实施方式中所述超声传感器的接收路径或接收单元也被分类为功能有 效的。如果反射信号相反由另一超声传感器接收，则根据本发明的另一实 施方式所述另一超声传感器的接收路径或接收单元被分类为功能有效的。

根据本发明的方法和根据本发明的距离测量装置具有以下优点：功能 检验不损害使用超声传感器的驾驶员辅助功能，并且因此可以与超声传感 器的有效运行并行地执行功能检验。因此不会出现驾驶员辅助系统由于超 声传感器的检验运行而不可用的失效时间。

优选地，如此控制超声传感器，使得所发出的超声信号被车辆周围的 区域中的地面反射。通过这样的方式，实现了功能检验与车辆的当前位置 在很大程度上的无关性。

此外有利的是，借助控制信号控制超声传感器，所述控制信号除超声 传感器的辅助模式的频率分量以外还具有超声传感器的基本模式的频率分 量，其中，所述频率分量分别如此大，使得超声传感器既发出具有辅助模 式的频率的超声信号也发出具有基本模式的频率的超声信号。通过这样的 方式实现了超声传感器的有效运行与检验运行的真正的时间并行。

根据本发明的一个有利实施方式，反射信号的分析处理和功能有效性 的分类在进行接收的超声传感器自身的分析处理逻辑单元中或者在上级控 制单元中进行。

根据本发明的一个有利的实施方式，在不传输来自超声传感器的有效 运行的数据的时间段内向控制设备传输功能检验的结果。因此也可以在信 号和/或数据传输的范围内排除由于功能检验导致的超声传感器的有效运 行的影响。

本发明的实施方式的其他特征和优点由参照附图的以下描述中得出。

附图说明

附图示出：

图1：车辆尾部上的根据本发明的距离测量装置的示意图；

图2：具有根据本发明的距离测量装置的车辆的示意性侧视图；和

图3：根据本发明的距离测量装置的超声传感器的接收路径的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了车辆1的尾部。在车辆的后边缘2上设置有超声传感 器3、3′。相应地，也可以选择设置在车辆的前侧上。在一个优选的实施方 式中，在车辆的侧角上也可以设置有超声传感器4。超声传感器与上级控制 单元6连接。所述连接例如可以通过点到点连接实现或者通过总线系统5 实现。上级控制单元6控制借助于超声传感器3、3′和4的超声信号发送。 超声传感器例如分别具有压电元件，所述压电元件通过电激励来激励膜片 以发出超声波。所述超声波被可能位于车辆周围环境中的障碍物的表面和/ 或被车道表面反射并且由超声传感器重新接收。为此，上级控制单元6可 以将超声传感器3、3′和/或4转换到接收模式。在接收模式中，反射的超声 波激励超声传感器的膜片振动。所述振动可以通过压电元件转换成电信号。 所述电信号优选在超声传感器3、3′和/或4的分析处理逻辑单元中进行分析 处理。但所述分析处理也可以在上级控制单元6中进行。所述分析处理优 选如此进行：以适当的方式比较电信号的振幅和一个阈值。如果超过所述 阈值，则认为接收到超声信号。由发出信号的时刻与接收信号的时刻确定 信号的传播时间。因此，在考虑超声速度的情况下可以确定传感器3、3′ 和/或4和(因此)车辆与车辆外部的障碍物之间的障碍物距离。如果所述 距离小于预先给定的尺寸，则通过显示单元8发出光学警告和/或通过扬声 器7发出声学警告。

除所描述的超声传感器3、3′和4作为允许发送运行和接收运行之间的 切换并且为此具有发送路径和接收路径的超声转换器的实施方式以外，也 可使用具有分离的发送单元和接收单元的超声传感器。

此外，超声传感器3、3′和/或4的分析处理逻辑单元和/或上级控制单 元6根据本发明设计用于实施超声传感器3、3′和/或4的功能检验。因为通 过功能检验应当主要识别超声传感器3、3′和/或4例如由于结冰或严重污染 而导致的功能有效性损害，所以往往也称作超声传感器3、3′和/或4的所谓 的失效检验。

在图2中以侧视图示出了车辆1，其中，超声传感器3、3′和4设置在 车辆1的保险杠10上。在图2中仅仅示例性地示出了超声传感器中的一个， 即超声传感器3′。超声传感器3′在其基本模式中、即在其基本频率下产生 棒状的声场11，其在图2中以实线示出。在有效运行中，即在超声传感器 3′用于距离测量的常规应用中，通过上级控制单元6以基本频率(例如对于 第四代超声传感器48kHz)加载超声传感器3′。即在有效运行中在其基本 模式中运行超声传感器3′。

然而，除所述基本模式外，超声传感器具有其他声学辅助模式，其频 率由所使用的超声传感器和其结构决定并且例如归因于谐振效应。超声传 感器3′在辅助模式中运行时的辐射特性在图2中表示为点划线。声场12在 此除主瓣13外还具有副瓣14，所述副瓣14指状地在主瓣13旁边延伸。这 样的副瓣14原则上也在超声传感器3′的有效运行时在基本模式中形成，但 在图2中未示出。此外，通常存在多于一个辅助模式。出于简明的原因在 附图中仅仅示出了一个辅助模式的声场。

由于辅助模式中超声传感器3′的运行频率(例如113kHz)高于基本模 式的基本频率，对于辅助模式得到与主模式相比更窄的声场主瓣。

根据本发明，现在在有效运行中、即为了距离测量使用基本模式的声 波，相反为了超声传感器3′的功能检测使用辅助模式的声波。为此，优选 借助控制信号来控制超声传感器3′，所述控制信号既具有超声传感器3′的 基本模式的频率分量也具有超声传感器3′的所选择的辅助模式的频率分 量。在此，分别如此选择频率分量的大小，使得超声传感器3′既发送具有 基本模式的频率的超声信号也发送具有辅助模式的频率的超声信号。借助 于激励超声传感器3′既发送具有基本模式的频率的超声信号也发送具有辅 助模式的频率的超声信号的控制信号能够实现在时间上与超声传感器的有 效运行并行地实施超声传感器3′的功能检验。但替代地，也可以借助于两 个分离的控制信号如此控制超声传感器3′，使得其或者发送具有基本模式 的频率的超声信号或者发送具有辅助模式的频率的超声信号或者在两个控 制信号相应重叠的情况下也发送具有基本模式和辅助模式的频率分量的超 声信号。所发送的超声信号与模式无关地并且因此与频率无关地被障碍物 15的表面反射，所述障碍物在图2中由虚线示出，但所发送的超声信号也 被车辆范围中的地面16反射——往往称作地面回波。由于超声波瓣在地面 16上的平坦的入射角，入射的超声波的大部分被车辆1反射。由于对于通 常的车道路面、例如沥青而言实际上总是存在地面16的不平坦性，所发出 的超声信号的一部分也被地面16反射回到超声传感器3′或者反射回到旁边 的超声传感器3。

根据本发明，如果具有辅助模式的频率的反射信号被重新接收，则超 声传感器3′的发送路径被归类为功能有效的。在此，信号的接收可以如此 进行，使得超声传感器3′在发送超声信号后被转换到接收模式中，从而其 可以重新自己接收由其本身发出的信号。在另一运行类型中，替代地或者 附加地，其他超声传感器3和/或4可以被转换到接收运行类型中，以便接 收由超声传感器3′发出的超声信号。如果反射信号由进行发送的超声传感 器3′本身重新接收，则超声传感器3′的接收路径也被分类为功能有效的。 对于反射信号由其他超声传感器3和/或4中的一个或多个接收的情形，这 些超声传感器的接收路径可以被分类为功能有效的。

在本发明的一个优选的实施方式中，根据辅助模式的超声信号在车辆1 周围的区域中的地面16上的反射检验超声传感器3′的功能。因为在几乎每 种车辆运行环境中都存在地面16，所以通过所述方式实现在很大程度上与 车辆位置的无关性。在借助于地面反射的超声传感器3′的功能检验中，特 别有利的是，超声传感器3′的声场12具有也部分地指向地面16的方向的 副瓣14。由此声场12在地面16方向上的足够部分是显著的，从而实现了 可靠的功能检验，无需强制的附加措施，例如信号持续时间和/或信号振幅 的变化或者超声传感器3′的灵敏度的提高。这样的措施(例如由DE 10 2005  057 973 A1公开)当然也可以用于根据本发明的方法和根据本发明的装置。

在图3中示出了超声传感器3′的接收路径的可能构型。超声传感器3′ 的接收路径必须既设计用于具有超声传感器3′的基本模式的频率的输入信 号也设计用于具有超声传感器3′的所使用的辅助模式的频率的输入信号， 即可以接收和处理这些输入信号。这例如可以在两个并行的分析处理支路 中进行。在第一接收支路20中设有第一带通滤波器22，通过所述第一接收 支路反映超声传感器3′的有效运行，所述第一带通滤波器用于滤除具有与 基本模式的基本频率不同的频率的输入信号S。第一放大器单元23与第一 带通滤波器22连接。在第二接收支路21中设有第二带通滤波器24，通过 所述第二接收支路反映超声传感器3′的检验运行，所述第二带通滤波器集 中于所选择的辅助模式并且因此滤除具有其他频率的输入信号S。第二放 大器单元25与第二带通滤波器24连接。因为第二接收支路21中的信号振 幅较小并且信号也不用于距离测量，所以用于辅助模式的第二接收支路21 中的第二放大器单元25的放大因数与距离无关并且通常高于用于基本模式 的第一接收支路20中的第一放大器单元23的放大因数。此外，在接收支 路21中设有分析处理逻辑单元26，其将所接收的反射信号、优选地面回波 与一个阈值进行比较并且在最简单的情形中计数位于所述阈值之上的所接 收的反射信号的数量，以便通过接口27向上级控制单元6传输所述计数用 于进一步分析处理。替代地，关于超声传感器3′的功能有效性的进一步分 析处理也直接在分析处理逻辑单元26中进行，例如通过所求得的地面回波 的数量与另一可编程的阈值的比较。

优选地，在不用于在基本模式中超声传感器3′的有效运行中的信号和/ 或数据的传输的时间段内向上级控制单元6传输分析处理逻辑单元26的数 据。为此，例如可以设置开关单元28，其由控制逻辑单元29控制。控制逻 辑单元29在此与第一接收支路20的单元、例如第一放大单元23连接并且 如此控制开关单元28，使得仅仅在不传输关于距离测量的信号和/或数据时 向上级控制单元6传输关于功能检测的信号和/或数据。