DE19707651A1 - Ultraschall-Abstandsmeßsystem mit im Zeitmultiplex übertragenen digitalen Meßsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abstandsmeßsystem, wie es ins­ besondere als Parkhilfesystem in Kraftfahrzeugen benutzt wird. Derartige Systeme zeigen beim Rangieren eines Fahr­ zeugs dem Fahrer das Vorhandensein eines Hindernisses an und geben einen Hinweis auf den Abstand dieses Hindernisses und dessen Lage gegenüber dem Kraftfahrzeug. Das Prinzip eines derartigen Abstandsmeßsystems ist beispielsweise in der DE- OS 35 40 704 beschrieben. Die Arbeitsweise eines derartigen Parkhilfesystems ist dabei im Prinzip wie folgt: Ein elek­ tronisches Steuergerät ist mit bidirektionalen Datenleitun­ gen mit einzelnen Ultraschallsensoren (ULS) verbunden, wel­ che über den Umfang des Fahrzeugs verteilt sind. In Abhän­ gigkeit einer in dem elektronischen Steuergerät (ECU) ge­ speicherten Reihenfolge werden die einzelnen Ultraschall­ sensoren angesteuert. Diese senden daraufhin einen impuls­ förmigen Wellenzug aus, der von etwa vorhandenen Hindernis­ sen reflektiert wird. Bei den ausgesendeten Wellen handelt es sich um Schallwellen im Ultraschallbereich. Werden Schallwellen (durch ein Hindernis) reflektiert, so werden diese von dem nicht nur als Sender, sondern auch als Empfän­ ger wirkenden Ultraschallsensor empfangen. Der Ultraschall­ sensor erzeugt nun Impulse auf der Datenleitung, die zeit­ lich mit den empfangenen Echos übereinstimmen, soweit deren Amplitude eine in dem Ultraschallsensor eingestellte Schwel­ le übersteigt. Hinsichtlich des Impulses kann der Pegel als digital insofern bezeichnet werden, als das Vorhandensein eines Impulses gleichzeitig eine Angabe darüber ist, daß er einen bestimmten Schwellwert übersteigt (Schwelle wird über­ schritten oder nicht überschritten). Dagegen gibt die zeit­ liche Lage des Impulses eine analoge Information an, nämlich den Abstand des Hindernisses von dem empfangenden Ul­ traschallsensor. Diese analoge Information resultiert aus dem Laufzeitverhalten des Ultraschallimpulses. Das Echo kommt also umso später bei dem empfangenden Sensor an, je weiter das Hindernis entfernt ist. Das elektronische Steuer­ gerät (ECU) errechnet aus der zwischen dem Sendevorgang bis zum Erscheinen der reflektierten Welle unter Berücksichti­ gung der Schallgeschwindigkeit den Hindernisabstand.

Üblicherweise bestehen die heutigen Parkhilfesysteme aus einem elektronischen Steuergerät und wie weiter oben schon erläutert, mehreren Ultraschallsensoren. Jeder Ultraschall­ sensor (ULS) besitzt eine eigene Datenleitung, da zur Ver­ besserung der Auswertung die Echoinformation von mehreren Ultraschallsensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird. So lassen beispielsweise durch das Auswerten mehrerer ULS aufgrund einer gesendeten Schallwelle genauere Rück­ schlüsse auf Lage und Abstand des Hindernisses zu. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Schwelle, deren Über­ schreiten die Aussendung eines Impulses auf der Datenleitung auslöst, innerhalb des Ultraschallsensors anzuordnen. Es ist auch möglich, innerhalb des Ultraschallsensors die Schwelle zu ändern, so daß beispielsweise von einem Ultraschallsensor mehrere Impulse nacheinander ausgesendet werden können, die mit sich ändernder Schwelle bewertet werden. Faktisch bedeu­ tet dies, daß die einzelnen Echos mit unterschiedlicher Emp­ findlichkeit empfangen werden. Auch läßt sich die Empfind­ lichkeit eines Sensors über die Empfangszeit eines Impulse­ chos ändern, so daß bestimmte fest vorgegebene Hindernisse wie beispielsweise Anhängerkupplung, überstehendes Gepäck und ähnliches, ausgeblendet werden können. Entsprechendes gilt auch für in bestimmtem Abstand auftretende Reflexionen durch die Fahrbahn selbst. Das elektronische Steuergerät (ECU) erhält jedoch aufgrund der digitalen Datenleitung zu jedem Zeitpunkt nur die Information, ob die Amplitudenhöhe die jeweilige Schwelle übertrifft oder darunter bleibt. Wie beispielsweise auch in der DE-OS 35 13 270 beschrieben, er­ folgen im zeitlichen Ablauf eines einem einzigen Ul­ traschallsensor zugeordneten Meßzyklus drei Zustände aufein­ ander. Das ECU erzeugt einen kurzen Sendeimpuls (< 1 ms). Dann übermittelt der empfangende Ultraschallsensor die In­ formation zu dem ECU (ca. 10 ms). Schließlich ist eine "Er­ holzeit" vorgesehen, in der störende Echos und Reflexionen abklingen können (ca. 10 ms). Die Erfindung geht daher aus von einem Abstandsmeßsystem der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, die Informationsdichte auf der Datenleitung zu erhöhen, um so die Anzahl der Datenleitungen zwischen den Sensoren und dem ECU herabsetzen zu können oder eine verbesserte Ab­ standsmessung zu ermöglichen. Die Erfindung wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, statt eines Auswertungsergebnisses über eine Datenleitung mehrere Ergebnisse im Zeitmultiplex zu senden. Die Mehrzahl von Ergebnissen kann aus der mehrfachen Aus­ wertung eines Echos durch einen oder mehrere Sensoren stam­ men. Die von den Sensoren gemessenen Echoinformationen wer­ den somit zwischengespeichert und zeitlich gerafft der ECU übermittelt. Die Erfindung ermöglicht in Weiterbildung die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 2. Dabei werden anstatt die einzelnen Sensoren sternförmig mit dem ECU zu verbinden, diese seriell an die Datenleitung angeschaltet, wobei die einzelnen ULS im zeitlichen Multiplex auf der ge­ meinsamen Datenleitung zum ECU hin senden können. Eine ent­ sprechende Nutzung dieser Datenleitung in umgekehrter Rich­ tung zu den ULS, um diese beispielsweise zum Senden eines Schallimpulses anzuregen, kann ebenfalls vorgesehen werden und ist in diesem Zusammenhang sehr vorteilhaft.

Da nunmehr die zeitliche Lage eines von dem ECU zu empfan­ genden Impulses nur noch bedingt eine Auskunft über die Laufzeit des Echos gibt, empfiehlt sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Verwendung der Merkmalskom­ bination nach Anspruch 3. Danach wird zusätzlich zu der di­ gitalen Information des Impulses, daß dieser oberhalb der eingestellten Schwelle liegt, noch eine weitere digitale Information mit diesem Impuls verknüpft, welche eine Infor­ mation über die Laufzeit des Echos beinhaltet. Die Laufzeit des gesendeten Impulses vom Aussendezeitpunkt bis zum Emp­ fangszeitpunkt ist dabei immer doppelt so groß wie die Lauf­ zeit des reflektierten Echos.

Es ist möglich, mit jedem Zyklus einen Startimpuls mit zu dem ECU zu übertragen, wobei der Abstand Folgeimpulse zu Startimpuls der Laufzeit des entsprechenden Echos ent­ spricht. Dabei wird in einem empfangenden Sensor das Echo gleichzeitig mit mehreren Schwellen (also mehrfach) ausge­ wertet. Die Ergebnisse werden während eines Zyklus ggf. mit den Ergebnissen weiterer Sensoren zu dem ECU zeitversetzt. Durch die Erfindung ergeben sich eine Vielzahl von Vortei­ len. Durch die geraffte zeitversetzte Übermittlung der In­ formationen können auf der gemeinsamen Datenleitung zusätz­ liche Informationen übertragen werden. So kann das System beispielsweise insofern erweitert werden, als die auf den Empfang eines einzigen Echos beruhende Information mehrfach übertragen wird, um die Störanfälligkeit auf der gemeinsamen Datenleitung zu verringern. Für die Verringerung der Stör­ anfälligkeit kann die gleiche Information aber auch unter­ schiedlich codiert werden, indem beispielsweise zwei Über­ tragungen der gleichen, auf demselben Echo beruhenden Infor­ mation mit vertauschtem Pegel, wobei die Pegelvertauschung bei auf der zweiten Übertragung geschieht.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das gleiche Echo mehrfach ausgewertet wird, indem unterschiedliche Filter, d. h. unterschiedliche Schwellen auf den gleichen Echowert angewendet werden. Somit stehen dem ECU mehrere Informatio­ nen zur Hinderniserkennung zur Verfügung. So kann beispiels­ weise ein niedriger Schwellwert für weitgehend aus der Mit­ telachse der Sendekeule zurückgestrahlte Echos erfolgen. Es können aber auch mit niedrigerer Schwelle Echos ausgewertet werden, die etwa im Winkel zu der Hauptstrahlungsrichtung zurückgeworfen werden. Bekanntlich ist die Aussendung im Winkel zur Hauptrichtung weniger energiereich, so daß auch entsprechend schwächere Echos ankommen. Die Energievertei­ lung des Sendepegels wird üblicherweise als räumliche Sende­ keule dargestellt. Auf diese Weise läßt sich in mehreren Schritten aufgrund der Analyse der empfangenen Signale mit unterschiedlicher Schwelle eine Information darüber gewin­ nen, ob die empfangenen Impulse aus der Hauptsenderichtung oder aus einer hierzu geneigten Richtung kommen. Dabei läßt sich beispielsweise die Strategie verfolgen, daß die aus der Hauptsenderichtung empfangenen Echos bei einer zweiten Aus­ wertung der empfangenen Echos ausgeblendet werden, so daß bei gleichem Abstand zuerst die stärkeren in der Hauptsende­ richtung stehenden Hindernisse und danach die seitlich davon stehenden Hindernisse im vergleichbaren Abstand durch einen einzigen Sensor festgestellt werden können. Entsprechende Möglichkeiten, die auch zur zusätzlichen Sicherung des fest­ gestellten Ergebnisses dienen, lassen sich durch die Kombi­ nation mehrerer sendender Sensoren erreichen, deren Echos gleichzeitig und ggf. mehrfach ausgewertet werden. Die Er­ findung ist also auch dann von großem Vorteil, wenn nicht mehrere Sensoren auf einer gleichen Informationsleitung sen­ den, sondern auch schon dann, wenn zwischen jedem Sensor und dem ECU eine eigene Datenleitung besteht, aber durch die zeitliche Verdichtung mehr Informationen über diese Leitung zwischen dem betreffenden Sensor und dem ECU ausgetauscht werden können. Schließlich besteht als großer Vorteil der Erfindung die Möglichkeit, wie weiter oben schon erläutert, mehrere Sensoren über eine einzige Datenleitung mit dem ECU zu verbinden. Hierdurch ergibt sich ein Bus-System, wobei jedem Sensor ein Zeitfenster zugeteilt wird, in dem seine Informationen dem ECU übermittelt werden.

Wie weiter oben schon erläutert ist es besonders vorteil­ haft, durch eine sechsfache zeitliche Raffung während eines Zyklus sechs Informationen zu übertragen. Durch die Kombina­ tion der genannten Möglichkeiten läßt sich beispielsweise ein System entwerfen, bei dem zwei Sensoren an einer gemein­ samen Datenleitung liegen und jeweils jede der beiden Senso­ ren Echodaten aus drei verschiedenen Schwellen des gleichen Echos übermittelt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 den Verlauf eines gesendeten Impulses und der emp­ fangenen Impulse bei niedrig eingestellter Schwelle,

Fig. 2 den Verlauf eines gesendeten Impulses und den resul­ tierenden Echoimpuls bei hoch eingestellter Schwelle und

Fig. 3 bei dem erfindungsgemäßen System den Verlauf des Sendeimpulses und die zweimalige Auswertung der Emp­ fangsimpulse bei schrittweise gesenkter Schwelle.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung kann auch darin beste­ hen, daß auch ohne zeitliche Raffung eine zweimalige Aus­ wertung des auf einen einzigen Sendeimpuls beruhenden Emp­ fangsimpulses dadurch zu ermöglichen, daß während der weiter oben beschriebenen dritten Phase (Erholungsphase) das Ergeb­ nis der zweiten Auswertung in der bisher üblichen Weise übertragen wird. Es wird somit die Erholungsphase zur Infor­ mationsübertragung auch in der bekannten Form genutzt.

Fig. 1 zeigt einen Sendeimpuls 1a, der durch eine Ul­ traschallwelle gebildet ist. Dieser Impulszug wird in Form von zwei Echos 1b und 1c reflektiert. Dabei läßt sich aus der Dauer der Laufzeit t1b und t1c entnehmen, daß das die Reflexion 1b bedingende Hindernis näher liegt als das zu 1c gehörende Hindernis, wobei das Hindernis zu 1b ausgedehnter ist als das zu 1c. Das sich aus Fig. 1 ergebende Verfahren ist konventionell. Fig. 2 zeigt einen Sendeimpuls 2a, wobei in dem empfangenden Sensor, der gleichzeitig auch der sen­ dende Sensor sein kann, die Schwelle gegenüber Fig. 1 her­ aufgesetzt ist. Das Echo 2b liegt wegen der höheren Schwelle in Fig. 2 also nur kürzere Zeit oberhalb der Schwelle. Hin­ sichtlich des Hindernisses 1c in Fig. 1 ist die Schwelle so groß, daß dieses Echo überhaupt nicht registriert wird, son­ dern durch die Schwelle unterdrückt wird. Durch die Erfin­ dung ist es möglich, das sich aus den Fig. 1 und 2 ergebende Verfahren der Auswertung des Echos mit unterschiedlicher Schwelle auf den gleichen Sendeimpuls 3a zweifach anzuwen­ den. Dabei geben die gleichzeitigen Auswertungen des Emp­ fangsimpulses mit unterschiedlicher Schwelle einmal zwei Empfangsimpulse 3b und 3c und einmal nur den dann verkürzten Empfangsimpuls 3b. Die so gewonnenen Ergebnisse werden in dem betreffenden Sensor gespeichert und im zeitlichen Nach­ einander über die Datenleitung an das ECU-Gerät übermittelt. Da nunmehr die Angabe der Laufzeit aufgrund des zeitlichen Abstandes (z. B. T1b) des Empfangsimpulses (siehe 1b) als Hinweis für den Abstand des Hindernisses nicht mehr zur Ver­ fügung steht, wird gemäß Fig. 3 noch eine zusätzliche Infor­ mation mittels der Startimpulse 3a1 und 3a2 übertragen. Durch den Abstand zwischen dem Starimpuls 3a1 bzw. 3a2 und den nachfolgenden Impulsen läßt sich ein Hinweis auf die Laufzeit zwischen dem Sendeimpuls (3a1) und den Empfangs­ impulsen (3b1 bzw. 3c1) gewinnen. Insofern sind auch die Abstände zwischen dem Impulsen 3a1 bzw. 3a2 gegenüber den Impulsen 3b1, 3c1 bzw. 3b2 ein analoges Maß für den Hinder­ nisabstand. Die Laufzeiten können aber auch in anderer Form digital verschlüsselt gemeinsam über die Datenleitung über­ tragen werden.

Claims (6)

1. Abstandsmeßsystem, bei dem Ultraschallwellen von einem Ultraschallwellensender ausgesandt, die reflektierten Ultraschallwellen zu Empfangssignalen ausgewertet und die abgegebenen Empfangssignale von einem elektronischen Steuergerät (ECU) ausgewertet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Sensorsignale eines oder mehrere Sensoren in digitaler Form im Sensor gespeichert und zeitlich versetzt in digitaler Form über eine digitale Datenleitung zum elektronischen Steuergerät (ECU) über­ mittelt werden.

2. Abstandsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Sensoren örtlich seriell an eine gemes­ sene Datenleitung angeschlossen sind.

3. Abstandsmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aus dem Speicher abgegebenen Si­ gnale mit einer Information codiert sind, welche eine Angabe über den zeitlichen Abstand des Empfangszeitpunk­ tes von dem Sendezeitpunkt der Welle angibt.

4. Abstandsmeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von sechs Sensoren zeitlich hintereinander über die Daten­ leitung übertragen werden.

5. Abstandsmeßsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensor die emp­ fangene reflektierte Ultraschallwelle gleichzeitig mit unterschiedlichen Schwellen ausgewertet und die Auswer­ tungsergebnisse zeitlich versetzt auf der gleichen Da­ tenleitung zum elektronischen Steuergerät (ECU) über­ tragen werden.

6. Abstandsmeßsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren über die gleiche Datenleitung mit dem elektronischen Steuer­ gerät verbunden sind und in jedem der Sensoren das glei­ che Echo ausgewertet wird und daß die ggf. mehrfachen Auswertungsergebnisse der einzelnen Sensoren zeitlich versetzt und vorzugsweise zeitlich verdichtet über die gemeinsame Datenleitung zu dem elektronischen Steuerge­ rät übertragen werden.