专利名称：用于确定物体相对机动车的距离和/或速度的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定一物体相对一机动车的距离和/或速度的方法及 装置。
背景技术：
在用于机动车的驾驶员辅助系统领域中，在过去优选使用基于压电的 超声波传感器，然而几乎仅用在不同的泊车功能上。其中，借助脉冲-回波 方法来测量超声波脉冲的传播时间，该超声波脉冲在检测区域中的障碍物 上被反射。由此在每个保险杠上安装的四个至六个传感器上得到的信息在 一中心控制装置中在算法上根据三角测量原理被分析，以致可求得机动车
到最近的障碍物的距离。由至多12个超声波传感器及一个中心控制装置组 成的该系统通常被简称为超声波系统。
在传统的超声波系统中，尤其在传统的基于超声波的泊车辅助系统 (US-EPH)中，在投入工作前超声波系统的参数对机动车的专门的几何特 征的一次性适配后，在每个出现的状况中基本的系统特性是相同的。虽然 在控制装置中进行对确定的特殊情况的配置，但它对系统特性、例如对在 两个相继的发送脉冲之间经过的周期时间无影响或对发送脉冲的长度或振 幅无影响。取而代之地在每个出现的状况中-在即将发生的事故前与在 每个静态的泊车状况中一样-总是进行相同的发送-接收工作，该发送-接收工作在"泊车"功能上被优化。
对于在动态状况中的应用，即在运行的交通中，这种超声波系统将不 能满足要求。虽然借助这种传统的US-EPH在原理上也可以间接地确定机动 车与障碍物之间的相对速度，确切地说通过对多个相继的距离信息的跟踪
来确定。但在此情况下出现一个问题，即用于动态工作要求的速度信息很 少被更新。其原因是两个发送脉冲之间的平均恒定的时间间隔(PR^脉冲 重复间隔)。这里PRI通常与所需的覆盖距离及当前温度下的超声波速度相关。因此在此情况下选择两个发送脉冲之间的平均恒定时间间隔，以便可
借助直至测量区域的尽头的每个脉冲来检测障碍物。利用传统的US-EPH则 不能得到对动态状况令人满意的评估。
在DE 103 23 144 Al中所述的用于检测机动车周围的物体的装置在这 方面展示了一定的进步。该装置被优化来专用于检测机动车死角中的物体， 其中对于该超声波系统由于物体的近距离及动态的行驶状况在与死角中的 物体即将发生碰撞的情况下仅能提供很小的反应时间来用于警告驾驶员。 用于采样机动车外围区域所发送的超声波脉冲的频率，即采样率应适配机 动车到障碍物的距离，该距离将通过一个在先发送的超声波脉冲的接收来 确定。机动车与障碍物之间的距离愈小，单位时间发送的超声波脉冲愈多。 因此通过DE 103 23 144 Al的装置，在机动车与障碍物之间的距离变小时 可提高时间分辨率。
发明内容
通过本发明给出了用于可靠并加速地确定一个物体相对机动车的距离 和/或速度的有适应性的方法及装置，它们能更好地适用于动态的状况。在 此情况下尤其当机动车与障碍物之间的距离持续地縮短到一个小距离(例 如到3米以下)时，能够以最优的方式提高采样率及同时用小的电路技术 及软件技术的花销自动地适配于障碍物的距离。
本发明的基本构思在于超声波脉冲的事件触发的发送。因此本发明与 开始部分所描述的方法不同，那个方法是基于超声波脉冲的时间触发的发 送。
根据该基本构思的第一构型，本发明提出用于确定物体相对机动车的 距离和/或速度的方法，其中，超声波脉冲被发送并且被物体反射及作为回 波又被接收，其中，通过一个在先发送的第一超声波脉冲的回波的接收来 触发一个第二超声波脉冲的发送。该方法能使采样率自动地适配于障碍物 的距离，因为在机动车与障碍物之间(被发送出的超声波脉冲的)或障碍 物与机动车之间(回波的)声波传播时间在超声波速度恒定的情况下随着
距离的减小而减小。
在此情况下，在先发送的第一超声波脉冲优选是在第二超声波脉冲的
5紧之前发送的超声波脉冲。由此尤其能使采样率自动地适配于最近障碍物 的接近状况，因为在超声波速度恒定的情况下随着障碍物距离的变短，在 超声波脉冲的发送与它被障碍物反射的回波的接收之间的时间间隔变短。
优选地，第二超声波脉冲的发送在时间上于在先发送的第一超声波脉 冲的回波接收后紧接着进行。由此在障碍物距离变短时可最佳地增高采样 率，因为在在先发送的第一超声波脉冲的回波的接收与第二超声波脉冲的 发送之间仅形成很小的延时。
根据本发明的一个尤其有利的构型，通过一个超声波脉冲的发送、它 的回波的接收及借助电声回路中的分析处理单元对该回波的分析来确定具 有一个周期时间的测量周期，其中，当前进行的测量周期在接收到一个随 后的回波后被中断及开始一个新的测量周期。优选在新的测量周期开始时 发送另一超声波脉冲。但同样好地是，也可以在一个新的测量周期开始前 等待多个回波。借助这种触发形式使周期时间自动地适配于障碍物到机动 车的距离。周期时间的这种及时适配还体现了对动态状况的变化状态的最 佳的快速响应。与此相比，在传统的时伺触发的方法中，与超声波脉冲及 其回波的传播时间无关地总是进行测量周期的一个完整循环。此外在该传 统的系统中，总是基于上个测量周期中的距离测量的结果才进行下个测量 周期的间接的适配。由此测量周期的适配总是不适当地跟随周期时间的持 续长度，这导致周期时间的总体上迟缓的适配。
优选随着一个预定的最大允许的周期时间的期满及当至此未接收到回 波时，发送一个时间上触发的超声波脉冲。这在信号损失时以有利的方式 用于保障根据本发明的方法。在此情况下在一个最大周期时间期满后及当 至此未检测到回波事件时，发送一个时间上触发的信号。该时间间隔优选 确定为系统的下限频率，该下限频率在下面它也被称为空载频率。在信号 中断的情况下，即一个或多个超声波回波中断或未被检测到的情况下，将 产生具有空载频率即最小发送频率或频度的超声波脉冲，该空载频率略小 于最大检测距离的循环频率，以便可使这两种情况相互区分。该系统然后 至少运行在传统的时间触发的模式中。
优选地，单位时间发送超声波脉冲的频度被确定上限。由此可确定一 个最大的循环频率，这样就可特别好地保证周期时间的调节的稳定性。以此方式避免了回波起振的崩溃效应，以及在障碍物破裂的情况下回波的增 宽合乎要求地仅导致下个超声波脉冲的简单触发。
此外有利的是，每个待发送的超声波脉冲的信号长度和/或最大信号振 幅根据一个在先发送的超声波脉冲的回波的特性，例如回波传播时间、回 波长度和/或回波振幅来选择。通过对反射特性和/或对最近障碍物的距离 的适配来使发送的超声波脉冲的这种适配用于在接收由障碍物反射回的反 射脉冲时提高信号可靠性。
根据本发明的另一有利构型，使用至少一个超声波传感器，它既可工 作在发送模式中也可工作在接收模式中，其中，由不同的超声波传感器发 送的超声波脉冲在其发送频率或发送振幅的调制上彼此不同。作为发送器 及接收器的单一一个超声波传感器的同时或近似同时的工作在通过软件算 法实现了反馈时可实现并且体现为硬件的有利的节省，由于在机动车的保 险杠中的拥挤的安装状况，该节省尤其有意义。此外，超声波传感器由于 它们所发送的超声波脉冲的可区别性能够并行地、即同时地工作，这就更 有效及节约时间。在超声波传感器按顺序工作时，时间需求与传感器数目 成正比地增高。这就是说，在具有四个传感器的典型系统中，时间需求因 此为约四倍这么多。
与本发明的方法形式的构型对应地提出了用于确定物体相对机动车的 距离和/或速度的装置，它包括用于发送超声波脉冲的及用于接收由物体反 射的回波的装置，其中，设有用于控制的装置(C)，该控制装置被设置来: 当一个在先发送的第一超声波脉冲的回波被接收到时触发用于发送超声波
脉冲的装置(S， S+E)，以便发送一个第二超声波脉冲。
优选地，根据本发明的装置包括用于分析处理在具有一个周期时间的 测量周期内所接收的回波的装置，其中，所述用于控制的装置被设置来-在接收到随后的回波后中断当前进行的测量周期及开始一个新的测量周 期，在该新测量周期中优选发送另一超声波脉冲。
关于该装置的技术作用及主题的特征的优点可明确地参考上述方法的 实施例，上述实施例将全面地被参考。
本发明实施形式的其它特征及优点可由以下参照附图的说明中得到。
附图表示
图la及lb是根据本发明的装置在相对障碍物的距离减小的情况下的 动态情况下的概要示范图2是根据本发明的装置的有利的第一实施形式； 图3是根据本发明的装置的有利的第二实施形式；及
图4是根据本发明的装置的有利的第三实施形式。
具体实施例方式
正如本发明所提出的，事件触发的测量的既简单又有效的实施体现为
设有发送器S及接收器E的所谓电声回路，如图1中所示。
图la及lb概要地描述了对于两个不同的障碍物距离(1 及dh的情况。 分析处理单元A及控制单元C通过放大器控制超声波发送器S。作为控制结 果，发送器S发送超声波脉冲(Burst),该超声波脉冲在距离(i,上碰到障 碍物H及在那里被反射。该超声波回波到达接收器E。接着该信号在这里被 放大及再传送到分析处理单元A，在那里它被进一步处理。当被接收的回波 成功地通过分析处理单元A的可信度确定时，释放一个新的发送脉冲，以 及所述周期在电声回路中重新开始。在分析处理单元A上可测量脉冲在电 声回路中所需的传播时间Ta。该时间Ta表征物体距离da。图lb中示出了到 障碍物H的距离da是如何减小到距离db的。对于该物体距离用传播时间Tb 来表征。
脉冲重复间隔(PRI)对物体距离d的最佳适配或调节用这样的方式来 达到，S卩，在第一回波到达后中断当前的测量周期，并且开始一个新的测 量周期。如果发送器S与接收器E之间的基本距离b不可被忽略的话，则 该基本距离b、到障碍的距离d及在媒界中的传播路程2g (虚线所示)通 过方程式d2=g2-b2/4相关联。
根据借助图1所描述的本发明的一个优选实施形式，结合以上所述的 及以下将说明的适应性原理可是现动态情况下改善的速度测量。在此情况 下选择了一个方案，其中，在回波输入时中断超声波传感器的测量周期并 且紧接着发送一个新的发送脉冲(事件触发的控制)。借助这种触发方式，使周期时间T自动地适配于障碍物的距离d。
在分析处理单元A中一方面进行上面已述的可信度确定接收到的回 波是否相应于在先发送的超声波脉冲，及必要时确定接收到的回波与哪个 超声波脉冲精确地相关(在多个回波相互交错地被接收时)。在可信度确定 过程中也可确定测得的距离是否取得一个切合实际的值，例如通过将最 后测量的距离值与一个在先的历史值相比较，即与多个单一测量的距离值 的进展相比较。由此可滤除由于外部声源引起的受干扰的测量。另一方面 将循环频率f限制在一个合理的范围中。因此如公知的声循环原理那样在 信号中断的情况下-即在一个预定时间区段上不再接收到回波的情况下 -以一个空载频率(最小频率或频度)发送超声波脉冲，该空载频率稍低 于最大检测距离d,的循环频率。此外有利的是，作为上限引入一个最大频 率，它不允许被超过。为了实现这个，在分析处理单元A中通过一个等待 时间使检测到的循环频率减小。确定一个最大循环频率的优点在于提高了 超声波脉冲的发送的调节的稳定性。以此方式避免了回波起振的崩溃效应
及在障碍物H破裂的情况下回波的增宽以合乎愿望的形式仅导致信号的简
此外在该实施形式中，发送脉冲长度对障碍物距离的适配在高于及低 于一个确定的边界距离的两个级别中进行。这里，较长的发送脉冲用于较 大的距离，以便在远距离d的情况下补偿较大的大气阻尼。以下所述的一 个类似的适应原理的构型也用于提高信号的可靠性，确切地是通过发送特
性对接收的回波的反射特性的适配和/或对发送装置到最近的障碍物H的距 离d的适配。借助这些信息现在产生新的发送脉冲，即具有确定的信号长 度及最大的信号振幅。障碍物H离得愈远(即d愈大)，则为得到高质量的 回波，所需的信号强度愈大。障碍物反射特性的影响确定了回波长度及回
波振幅回波愈长及愈大，则障碍物H的反射横截面愈大及下个发送脉冲
所需的信号强度愈小。这三个参数(距离d,回波长度及回波振幅)均衡的 加权以有利的方式用于调节接着待发送的超声波脉冲的信号强度。在个别 情况下这三个参数相互之间的精确比例要最佳地被确定。为此也可考虑分 析方法，例如使用模糊逻辑。
由所检测的多个相继的测量周期的传播时间(及由此的距离)计算出运动的障碍物H的相对速度。它作为距离-时间曲线图上的斜率或作为距离 d对时间t的导数被得到。用于电声回路中的一个循环所需的整个周期时间 T由子周期T,及T2组成T=T,+T2。这里T,表示用于反馈所需的最后时间， 即取决于系统的、在回波的接收与下个超声波脉冲的重新发送之间所经过 的时间。属于该时间的有分析算法的运行时间及用于下一个发送脉冲的发 送指令的传送的时间。因此T,被假定在时间上是恒定的。T2表示超声波脉 冲在媒界(例如空气)中的传播时间及根据式T2二2d/c来计算，其中假定发 送器S与接收器E之间的基本距离b可被忽略不计。如果发送器S与接收 器E之间的基本距离不可忽略，则应考虑该基本距离b、到障碍的距离d 及在媒界中的传播路程2g (虚线所示)通过方程式cf=g2-b74相关联。 因此得到障碍物距离d与周期时间T的关系如下
2 —2 1
通过构成导数，可求得速度(T,被假定在时间上恒定的) dt
v— d(d) ， c dT dt5 dt
这里v表示障碍物与传感器装置之间的相对速度，c表示在给定温度 下超声波的速度。
实际上可通过多个距离信息的差值来进行分析，这些距离信息又由超 声波传播时间来计算，即由超声波信号的发送与接收的时刻来计算。如果 对于速度计算每次采用了两个距离值，则得到以下速度与时刻tl至t4的
简单关系
v=^[=(tl-t2-t3 + t4) At (-tl-t2 + t3+t4)
式中各表示
tl:第一发送信号的发送时刻， t2:第一回波的接收时刻， t3:第二发送信号的发送时刻， t4:第二回波的接收时刻。 由于系统内部的延时，通常t2学t3。
如果在计算中相应地将多于两个的距离值包括在内，则移动最后列出
10的方程式的注标。
为了得到距离及相对速度的尽可能可靠的结果，进行距离值d,及速度 值v,的平滑处理，对此例如Kalman-滤波器被证实是适用的。
此外当聚焦在运动的障碍物H上时有利的是，抑制固定目标。在该来 自雷达技术领域的方案中，为此目的作为待检测的运动目标的判据，需要 两个相继测量周期之间的、超过一个临界的与距离相关的边界值的距离变 化。
在借助图1对本发明的实施例的描述后，现在将说明本发明如何可结 合在机动车中的进一步的几何结构。但以下的特征也可在以上结合图1所 述的实施例中使用。
对于泊车功能，通常在机动车中需要每个保险杠设有四至六个传感器， 因此以下对于普遍说明将示范地以四个传感器为出发点。作为第一方案， 提出单个超声波传感器S+E作为发送器S及接收器E同时地工作，如图2 中概要地表示的。该工作可通过借助软件算法实现的反馈来实现。即仅对 距离d上的障碍物H的所谓直接回波进行分析。在此情况下虽然原则上不 可能作到绝对同时的发送及接收，但这在声循环方法中也完全是不必要的。 而是使用准同时的发送及接收，其中，发送及接收以非常短的时间间隔交 替进行。
有利的是， 一个保险杠上的所有四个传感器均以图2的模式工作。如 图3中概要表示地，传感器S+E的对此所使用的并行工作方式在信息获取 上是有效的及节省时间的。在图3的传感器几何结构中有利的是，在传感 器S+E的并行工作时各个传感器的发送脉冲可彼此不同。作为区别的标准 可以使用发送频率和/或发送振幅的调制方法及编码方法。图3中所示的工 作模式中，由于在同时覆盖整个机动车宽度的情况下大大地被加速的信息 获取，尤其最佳地适用于撞前预警应用。
图4中表示另一有利的实施形式，它概要地表示在充分利用例如四 个现有的传感器的情况下如何可将根据本发明的事件触发的系统结合到机 动车中。在此情况下事件触发地在图4的左图与右图所示的模式之间转换。 其中，或者上面中间的传感器或下面中间的传感器用作发送器S及两个直 接相邻的传感器用作接收器E。导致在两个模式之间转换的事件或回波事件可在先以适当方式来定义，例如通过一个直接回波及两个交叉回波的接收 来定义。但对于这样一个事件也可考虑其它好的定义，这些定义还可与各 个传感器在机动车中的安装位置相关。如果预定义的事件未发生，则在--个固定时间期满后在另一发送器上发送一个定时触发的发送脉冲。在这方
面也还要再次明确地参考以上对于空载频率的描述。在图4中所述的工作 模式的优点尤其在于可覆盖整个机动车宽度，而无需各个传感器的发送信 号必须可彼此区分。为了改善回波归属的明确性，当然在图4的结构中也 可-以与结合图3描述相类似的方式-考虑通过发送频率和/或发送振 幅的调制方法来区别发送信号。也可选择地或附加地对两个主动发送器S
编码。因此可排除这样的情况 一个出自"左周期"的回波在接着的"右
周期"中产生一个回波，这由于错误的时间上的同步会归算到一个错误的 距离。
如上所述，在本发明的范围内在-其中， 一个物体相对机动车的距 离和/或速度的确定起作用-基于超声波的安全功能上，通过在检测到第
一个及由此最靠近的障碍物H时测量周期的中断就赢得了宝贵的时间。由 此减小的超声波系统的反应时间相对传统的系统是一个重大的优点并当然 可被应用在主动及被动的安全功能的领域中。在被动安全性的领域中，例 如关于马上即将发生的碰撞的信息对于气囊的触发、安全带拉紧等是很重 要的。这样一个事件触发的系统对于侧面碰撞的及早检测是尤其有利的， 因为在侧面可用如图2所示的单个传感器系统来工作。
根据本发明，通过所提出的适应性措施可减小或排除传统超声波系统 的迟缓及不灵活性。视当前的需要而定，根据本发明的适应性超声波系统 可被用作泊车辅助或撞前预警系统，其方式是在不同的工作模式之间转换。 对于撞前预警模式中的工作，可组合各个不同的适应性措施，此外，通过 事件触发使周期时间直接地适配于物体距离d。因此机动车与障碍物H之间 相对速度的确定被加速并开启了超声波系统最佳地用于动态用途的可能 性。超声波系统优选可转换到不同的工作模式上，例如泊车、撞前预警模
式及死角检测。模式的转换例如可在考虑以下准则的情况下来实现机动
车本身的速度，或用于必须的制动加速度的一个预定的临界阈值被超过， 该阈值正好能避免碰撞或即将发生的事故。在总的专利申请文件及尤其在权利要求书中在本发明的范围内也可不 使用超声波脉冲而使用电磁波的、尤其雷达波的脉冲。以上的说明也同样 适用于电磁波脉冲。
在以下的权利要求书中的标号及对附图的参考仅用于在申请文件中的 方便查找及绝不应理解为使权利要求的主题限制在附图中所示的或说明 书中所述的实施形式上的一种方式。
权利要求
1.用于确定一物体(H)相对一机动车的距离(d，da，db)和/或速度(v)的方法，其中，超声波脉冲被发送，并且被所述物体(H)反射及作为回波又被接收，其特征在于通过一在先发送的第一超声波脉冲的回波的接收来触发一第二超声波脉冲的发送。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于所述在先发送的第一超声波 脉冲是在所述第二超声波脉冲的紧之前发送的超声波脉冲。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述第二超声波脉冲的 发送在时间上在所述在先发送的第一超声波脉冲的回波被接收后紧接着进 行。
4. 根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于通过一超声波脉冲的发送，其回波的接收及借助一电声回路中的一分析处理单元(A)对该回波的分析确定一具有一周期时间的测量周期，其中， 一当前运行的测量周 期在接收到一随后的回波时被中断及开始一新的测量周期，这时优选发送 一另外的超声波脉冲。
5. 根据权利要求4的方法，其特征在于在接收到下一个或接下来的第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十个回波时一当 前运行的测量周期被中断。
6. 根据权利要求4或5的方法，其特征在于随着一预定的最大允许的周期吋间届满，当至此未接收到回波时，发送一在时间上被触发的超声 波脉冲。
7. 根据以上权利要求之一的方法，其特征在于对每单位时间发送超声波脉冲的频率设置上限。
8. 根据以上权利要求之一的方法，其特征在于每个待发送的超声波 脉冲的信号长度和/或最大信号振幅根据一在先发送的超声波脉冲的回波 的特性、例如回波传播时间、回波长度和/或回波振幅来选择。
9. 根据以上权利要求之一的方法，其特征在于使用至少一个超声波 传感器(S+E)，该超声波传感器既可工作在发送模式中也可工作在接收模 式中，其中，由不同的超声波传感器(S+E)发送的超声波脉冲在它们的发送频率或发送振幅的调制上彼此不同。
10. 用于确定一物体(H)相对一机动车的距离(d， d,'， dh)和/或速度 (v)的装置，包括用于发送超声波脉冲的装置(S， S+E)及用于接收由所述物体反射的回波的装置(E， S+E),其特征在于用于控制的装置(C)，该 用于控制的装置被设置来当一在先发送的第一超声波脉冲的回波被接收 时，触发所述用于发送超声波脉冲的装置(S， S+E)，以发送一个第二超声 波脉冲。
11. 根据权利要求10的装置，其特征在于所述在先发送的第--超声 波脉冲是在所述第二超声波脉冲紧之前发送的超声波脉冲。
12. 根据权利要求10或11的装置，其特征在于所述用于控制的装覽 (C)被设置来在时间上于所述在先发送的第一超声波脉冲的回波被接收后紧接着触发所述第二超声波脉冲的发送。
13. 根据权利要求10至12之一的装置，其特征在于还包括在一具有 一周期时间的测量周期内对所接收的回波进行分析的装置(A)，其中，所 述用于控制的装置(C)被设置来在接收到下一个回波时中断一当前运行 的测量周期及开始一新的测量周期，在该新的测量周期中优选发送一另外 的超声波脉冲。
14. 根据权利要求10至13之一的装置，其特征在于包括至少一个超声波传感器(S+E)，该超声波传感器既可工作在发送模式中也可工作在接 收模式中，其中，可由不同的超声波传感器(S+E)发送的超声波脉冲在它们的发送频率或发送振幅的调制上彼此不同。
全文摘要
本发明提出用于确定一物体(H)相对一机动车的距离(d，d<sub>a</sub>，d<sub>b</sub>)和/或速度(v)的方法及适于执行该方法的装置。其中，超声波脉冲被发送，并且被所述物体(H)反射及作为回波又被接收。通过一在先发送的第一超声波脉冲的回波的接收来触发一个第二超声波脉冲的发送，由此在动态状况中赢得了宝贵的时间。
文档编号G01S15/10GK101598793SQ20091014602
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年6月5日
发明者K·赖因霍尔德, T·索恩克 申请人:罗伯特·博世有限公司