利用相关检测机动车的周围环境的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种在机动车(47)内的周围环境检测装置(30)，其包括信号发生装置(34)，用于产生发射信号；至少一个超声波转换器(1)，用于将电振荡转变为声学振荡和/或反之将声学振荡转变为电振荡；处理器，该处理器处理接收信号，用于获得具在机动车的周围环境内的对象物体的距离，其中，所述信号发生装置(34)与至少一个超声波转换器(1)耦连，使得超声波转换器(1)根据电学发射信号向周围环境发出超声波发射信号，并且处理器与所述至少一个超声波转换器(1)或者至少一个另外的超声波转换器(1)相连接，用于接收电学接收信号，该接收信号在所述至少一个超声波转换器(1)或者至少一个另外的超声波转换器(1)上由被反射的超声波发生信号转换而成，其中，所述至少一个超声波转换器(1)和必要时所述至少一个另外的超声波转换器(1)在车辆内如此安置，使得在所述至少一个超声波转换器(1)和必要时所述至少一个另外的超声波转换器(1)与待监测的机动车(47)的周围环境(31)之间分别安置有车辆部件的封闭的、物理构造的面、尤其保险杠(3)的壁板(2)，所述至少一个超声波转换器和所述至少一个另外的超声波转换器材料接合地与该面连接，并且所述处理单元(48)包括相关单元(44)，所述相关单元(44)构建发射信号与接收信号的互相关，并且还被设计用于，根据在相关情况下借助相关函数计算得出的相关信号获得距在周围环境(31)中的对象物体(39)的距离，并且本发明还涉及利用互相关检测周围环境的方法。
【专利说明】利用相关检测机动车的周围环境的装置和方法
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前述部分的周围环境检测装置以及根据权利要求6的前述部分的在机动车内检测周围环境的方法。
[0002]由现有技术已知，借助传感器检测机动车的周围环境，并且处理检测到的传感器结果，用于检测周围环境中的对象物体，尤其方法是计算得出距在周围环境中的对象物体的一个或多个距离并且由此锁定对象物体。如此检测到的结果被用于不同的辅助系统。例如当尤其在泊车时在车辆的周围环境中有物体靠近车辆时，则该测量结果用于向道路车辆的驾驶员发出有声信号和/或光学信号。各种发动机驱动的陆路车辆被视作机动车。
[0003]由现有技术已知不同的用于执行周围环境检测的传感器。在现有技术中特别有利的是，尤其在车辆具有较低速度时、例如泊车时为了检测车辆邻近区域时通常使用传感器，借助所述传感器发出信号，该信号在机动车的周围环境内的对象物体上被反射并且随后该反射信号被传感器检测到。在此，在某个测量传感器的类型中，对发射信号的发出与被反射的发射信号(也被称为回波信号)的接收之间的运行时间进行处理。当信号的传播速度已知时，则可以由运行时间推导出发射信号和回波信号所经过的路径，并且由此推导出距相邻对象物体的间距。如果在机动车上彼此间隔地安装了多个传感器，则还可以借助三角测量法获得在周围环境内反射回波脉冲的对象物体的位置。
[0004]由文献EP I 619 518 Al已知一种用于识别障碍物的系统，其中不仅在车辆的前保险杠上而且还在车辆的后保险杠上安装了多个超声波传感器，所述超声波传感器检测机动车的周围环境内的障碍物。该传感器如此设计，使得其不仅与发射信号的频率相匹配，还与用于过滤回波信号的过滤器的中间频率相匹配。由此可以在一个传感器内运行多个具有不同接收特性的接收麦克风。
[0005]由文献DE 692 10 584 T2已知一种用于可移动机器人的超声波测距装置，该装置具有发射器，用于以扫描方式在被关注的目标区域中发射具有超声波能的射线，还具有探测器，用于选择被反射的超声波能(该超声波能包括从目标区域的被传播或发射的射线的反射波)，并具有信号处理器，用于放大通过探测器探测或检测到的信号，其中，所述信号处理器具有附带参考信号的相关装置，其中，当被发射和传播的射线在通常入射情况下被所关注的平整的参考目标表面反射时，所述参考信号表现为由探测器产生的当前信号，其中，处理器还包括计算机存储器，用于存储信号图形并且在探测信号的过程中将存储的信号图形作为参考信号提供给相关装置，探测到的信号是待探测目标或物体的反射波。该方法的目标是，避免错误的距离检测，例如当被发射的信号在空间的拐角中被多次反射时，可能发生上述情况。
[0006]为了尽可能无错误地探测，应该使反射信号获得较高的信号强度。这使得实现良好的信噪比，该信噪比最终决定探测质量。因此，根据现有技术，超声波传感器一般以这种方式集成在保险杠内，即在保险杠的外表面布置孔洞，发射和/或接收传感器安装在所述孔洞中。通常，发射装置和接收装置集成在共同的超声波转换器中，其中同一个振荡元件即被用于发射超声波信号，也被用于接收超声波信号。根据现有技术在此例如已知一种超声波转换器，该超声波转换器利用压电材料将电流转变为机械振荡或将机械振荡转变为电信号。
[0007]但是出于空气动力学和光学原理以及制造技术的考虑，当今保险杠的表面通常被漆成与机动车其它车身部件一样的颜色，并且不期望被穿孔。因此，由现有技术还已知一种传感器，该传感器从外侧不可见地集成在机动车的车身部件、尤其保险杠内。该传感器安置在外表面的后面。对此的示例可见文献W02008/125260A1中的描述。
[0008]在这种系统中，超声波信号穿过外表面、也即穿过设计为实体的部件，被发射到机动车的周围环境中。对被反射的超声波信号的探测也是再次穿过车身构件的最外侧的壁板进行的。显然，该构件不仅对发射信号也对回波信号发挥衰减作用。抵抗这种衰减的可能方式在于，提高发射功率和/或接收装置的灵敏度。提高所发出的发射功率、也就是优化发射装置在技术上是可行的，但是需要大量的成本耗费。批量生产的也用于非隐藏式安装(即安装在车身壁板或保险杠壁板的最外侧的穿孔中)的超声波转换器，可能造成无法使用的情况，使得在机动车中使用的单件价格显著升高。
[0009]本发明所要解决的技术问题是，使得隐蔽安装的超声波传感器或超声波转换器可以对周围环境进行检测，而与用于在机动车内非隐藏式地安装的超声波发射装置和/或接收装置的周围环境检测方案的系统相比，无需在技术所需元件和其设计方案方面显著提高成本和技术耗费。
[0010]根据本发明，所述技术问题通过具有权利要求1的技术特征的周围环境检测装置和具有权利要求6的技术特征的检测周围环境的方法得以解决。由从属权利要求获得本发明的有利的设计方案。
[0011]本发明以以下考虑为基础，改进和优化对信号的处理。对接收到的回波信号的处理的改变不会产生明显的成本耗费，因为相对于目前所使用的用于处理回波信号的系统，电子元件的改变不会或仅会有微小的成本增加。此外，基本上还可以使用那些相同的也用于超声波发射装置和接收装置的非隐蔽式安装的硬件元件。
[0012]在一个优选实施方式中，在机动车内的周围环境检测装置包括信号发生装置，用于产生发射信号；至少一个超声波转换器，用于将电振荡转变为声学振荡和/或反之将声学振荡转变为电振荡；处理器，该处理器分析处理接收信号，用于获得距在机动车的周围环境内的对象物体的一个或多个距离，其中，所述信号发生装置与至少一个超声波转换器耦连，使得所述超声波转换器根据电的发射信号向周围环境发出超声波发射信号，并且处理器与所述至少一个超声波转换器或者至少一个另外的超声波转换器相连接，用于接收电学接收信号，所述接收信号在所述至少一个超声波转换器或者至少一个另外的超声波转换器上由被反射的超声波发射信号(回波信号)转换而成，其中，所述至少一个超声波转换器和必要时所述至少一个另外的超声波转换器在车辆内如此材料接合地安置车身构件、即保险杠远离周围环境的一侧上，使得在所述至少一个超声波转换器和必要时所述至少一个另外的超声波转换器与待检测的机动车的周围环境之间分别安置有车辆部件的封闭的、物理构造的面、尤其保险杠的壁板，并且所述处理单元包括相关单元，所述相关单元构建发射信号与接收信号之间的互相关，并且还被设计用于根据在相关情况下借助相关函数计算得出的相关信号获得距在周围环境中的对象物体的一个或多个距离。
[0013]首先，在超声波测量装置中分别产生发射信号(现在通常为数字发射信号)，该发生信号随后被转换为模拟信号并且被放大，该模拟信号用于驱动执行器，该执行器又激发车辆部件使得至少局部发生振荡，从而发出超声波信号。所述发射信号这样形成，使得其仅在有限的时间范围内激发超声波转换器的振荡。发射信号包括脉冲段，当发出发射信号时，超声波转换器在该脉冲段中被激发从而产生超声波，发射信号还包括恒定段，超声波转换器不会在该恒定段被激发。因此为了与接收信号相相关，只关注发射信号的脉冲段，也就是说发射信号的这一时间段激发超声波转换器从而产生振荡，并且发出超声波发射信号。为了进行互相关，与被转变的回波信号相应的被转变的接收信号分别在延时τ的情况下与发射信号相乘，并且在可能的时间段T内求积分。该可能的时间段在实际操作中如此限定，即传感器、也就是周围环境检测装置重复发出发射信号。还应考虑的是，测量装置产生包括重复的脉冲段的发射信号。因此，最大的有意义的积分时间通过这种重复循环时间、也就是连续发生的发射脉冲段之间的时间被确定。根据信号的时间延迟数值O得出互相关的相关信号:
【权利要求】
1.一种在机动车内的周围环境检测装置(30)，其包括: -信号发生装置(34)，用于产生发射信号； -至少一个超声波转换器(I)，用于将电振荡转变为声学振荡和/或反之将声学振荡转变为电振荡； -处理器，该处理器处理接收信号，用于获得距在所述机动车的周围环境内的对象物体的一个或多个距离， 其中，所述信号发生装置(34)与所述至少一个超声波转换器(I)耦连，使得超声波转换器(I)根据电学的发射信号向周围环境发出超声波发射信号，并且所述处理器与所述至少一个超声波转换器(I)或者与至少一个另外的超声波转换器(I)相连接，这些超声波转换器(I)分别将接收到的回波信号转变为用于所述处理器的接收信号， 其特征在于，所述至少一个超声波转换器(I)和必要时所述至少一个另外的超声波转换器(I)分别材料接合地安置在面状构造的车辆部件、尤其保险杠(3)的壁板(2)的远离被监测的机动车(47)周围环境(31)的一侧上，并且通过使相应车辆部件的局部处于振荡中，分别实施向周围环境发射超声波发射信号和从周围环境接收回波信号，并且所述处理单元(48)包括相关单元(44)，所述相关单元(44)构建发射信号与接收信号的互相关，并且还被设计用于，根据在相关情况下借助相关函数计算得出的相关信号测量距在周围环境(31)中的对象物体(39)的一个或多个距离。
2.如权利要求1所述的周围环境检测装置(30)，其特征在于，所述发射信号包括脉冲段(35a)和不随时间变化的恒定段(35b)，并且所述信号发生装置(34)被设计用于，由周期性振荡信号中的有限时间的信号段得出所述脉冲段(35a)。
3.如权利要求1或2所述的周围环境检测装置(30)，其特征在于，所述信号发生装置(34)包括调制装置，该调制装置调制周期性振荡信号，用于产生调制的发射信号。
4.如权利要求3所述的周围环境检测装置(30)，其特征在于，使用二进制信号、尤其巴克码、金氏码或伪随机数作为调制信号。
5.如权利要求3或4所述的周围环境检测装置(30)，其特征在于，所述调制装置被设计用于进行频率调制，其中，根据调制信号实现在所述至少一个超声波转换器(I)的固有频率范围内的至少两个频率之间变换，以产生脉冲段(35a)。
6.一种在机动车内检测周围环境的方法，其包括如下步骤: -产生电学的发射信号； -将电学的发射信号转变为超声波发射信号； -将接收到的超声波回波信号(40)转变为接收信号； -分析处理所述接收信号，用于得出距在机动车的周围环境内的对象物体的一个或多个距离， 其特征在于，车辆部件、尤其保险杠(3)的壁板(2)在远离待监测的周围环境(31)的一侧借助材料接合地安置在该远离侧上的超声波转换器(I)被局部激发振荡，用于将超声波发射信号(38)穿过车辆部件发射到周围环境(31)内，所述车辆部件在安置有所述至少一个超声波转换器(I)的区域内具有面向周围环境的、封闭的、无穿孔的表面；并且被反射的超声波回波信号使所述车辆部件或者其它车辆部件至少局部处于振荡状态中，所述被反射的超声波回波信号借助所述至少一个超声波转换器(I)或借助其它的材料接合地安置在该车辆部件远离周围环境(31)的一侧上的或安置在其它车辆部件远离周围环境(31)的一侧上的另外的超声波转换器被接收，并被转变为接收信号，其中，在处理时建立接收信号和发射信号之间的互相关，并且在此计算出相关信号，并且结合相关信号得出距对象物体的一个或多个距离。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射信号由脉冲段(35a)和不随时间变化的恒定段(35b)构成，其中，所述脉冲段(35a)由周期性振荡信号的至少一个有限时间的信号段得出或者作为该周期性振荡信号产生。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述发射信号被调制。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进行频率调制，其中，根据调制信号在所述至少一个超声波转换器(I)的固有频率范围内的至少两个频率之间进行变换，用于产生所述发射信号的脉冲段(35a)，所述调制信号优选由巴克码、金氏码或伪随机数表示。
10.如权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，由超声波转换器(I)在发射所述发射信号的脉冲段时的振荡 信号所推导出的信号被用作用于相关的发射信号。
【文档编号】G01S7/521GK103703388SQ201280034106
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年4月30日 优先权日:2011年5月21日
【发明者】C.普劳斯, V.坦尼伯格, S.马克斯 申请人:大众汽车有限公司