用于操作机动车辆的超声波传感器设备的方法，超声波传感器设备以及机动车辆与流程

本发明涉及一种用于操作机动车辆的超声波传感器设备的方法，在该方法中，通过至少一个超声波传感器将超声波发射到机动车辆的周围区域中，以便进行距离测量。本发明还涉及一种设计为执行这种方法的超声波传感器设备，并且还涉及一种包括这种超声波传感器设备的机动车辆。

背景技术：

用于机动车辆的多种构造的超声波传感器从现有技术中是已知的。它们通常用于当驾驶员操纵机动车时辅助驾驶员，特别是当执行停车操作时。在这种情况下，超声波传感器用于测量到位于机动车周围的区域中的障碍物的距离。这里，超声波传感器属于驾驶员辅助装置，称为停车助手。然而，现在超声波传感器也越来越频繁地在这种实际停车助手功能之外使用，例如用于具有主动制动干预的驾驶辅助，也就是说在自动制动辅助系统中，在盲点监测系统中，在自主巡航控制系统中，在碰撞识别系统中等。

超声波传感器根据回声传播时间原理操作：在超声技术中，通过回声传播时间方法或回声测深方法来执行距离测量。超声波传感器发射传输信号-超声波-，并且接收接收信号，该接收信号同样是声音信号并且对应于发射并在障碍物处反射的传输信号的信号分量。换句话说，超声波被发射，通过物体反射并且由同一机动车辆的同一超声波传感器和/或相邻的超声波传感器再次接收，并且被评估。根据所测量的超声波的传播时间，然后确定距离以及必要时也确定相对于机动车辆的相对位置和/或相对速度。

当前对机动车辆的超声波传感器的阻挡状态的识别特别感兴趣。用于识别超声波传感器的阻挡状态的这种方法从现有技术中是已知的。在现有技术中，超声波传感器被附加的质量例如污垢和/或雪和/或冰覆盖的情况已被识别。由于超声波传感器现在也越来越多地在实际的停车助手功能之外使用，在机动车辆的操作期间，有必要确保设置在机动车辆上的超声波传感器可靠地识别位于围绕机动车辆的区域中的障碍物，并且还可以可靠地检测直到预定范围的距离。如果超声波传感器被附加质量覆盖，则应该被可靠地检测到。用于识别冰或污垢的已知方法原则上基于评估由附加质量在超声波传感器上引起的副作用。例如，附加质量影响超声波传感器的膜片的所谓的衰减时间，或产生虚拟回波或欺骗性回波，其可以通过相应地评估超声波传感器的电接收信号来检测。

在根据DE10247971A1的主题中，超声波传感器的固有频率或共振频率被测量，并且与存储的参考值进行比较。该方法基于以下事实：超声波传感器的共振频率是污物或冰或雪层的直接指示，因为该附加层影响谐波振荡的质量。这是因为振荡质量以及因此传感器的共振频率也随着污物或冰或雪层的附加质量而改变。

为了能够检测超声波传感器被污垢和/或冰和/或雪覆盖的状态，DE102009040992A1提出在隔膜的激励之后检测超声波传感器的衰减频率，并且将其与激励频率比较。该比较的结果用于确定超声波传感器是否被阻挡。

此外，DE102010021960A1描述了一种方法，其中为了识别超声波传感器的阻挡状态，在超声波传感器的多个测量周期上评估隔膜的衰减时间。另一可信度检查在此可以包括仅在机动车辆周围的区域的温度低于预定极限值的条件下识别的阻挡状态。该限制值例如可以是0℃。因此，可以在识别阻挡状态时降低错误率。

现在已经发现，在一些情况下，超声波传感器可能被阻挡，但超声波传感器的这种“失明”不是由超声波传感器本身上的附加质量引起的。具体地，已经检测到其中隔膜的衰减时间没有显著变化并且共振频率也没有变化时也发生超声波传感器的“失明”的情况。

技术实现要素：

本发明的目的是在开头提到的一般类型的方法中采取措施，确保至少一个超声波传感器的可靠操作。

根据本发明，该目的通过一种方法，通过超声波传感器设备和通过具有根据相应独立权利要求的特征的机动车辆来实现。从属权利要求、说明书和附图涉及本发明的有利实施例。

根据本发明的方法用于操作机动车辆的，特别是客车的超声波传感器设备。超声波通过超声波传感器设备的至少一个超声波传感器发射到机动车辆的周围区域中以执行距离测量。根据本发明，提供了排气云，该排气云由机动车辆的排气系统排放到周围区域中，并且超声波可以在该排气云处反射，该排气云通过超声波传感器设备基于来自机动车辆的至少一个传感器的传感器数据检测，该至少一个传感器不同于超声波传感器，并且超声波传感器设备根据排气云的检测来操作。

本发明基于几个认识：本发明最初基于这样的认识，即在现有技术中，基于超声波传感器的振荡参数不能检测超声波传感器的阻挡状态或“失明”的情况有时可能发生。特别地，超声波传感器的“失明”还可以在传感器的衰减时间或共振频率没有显著变化时发生。这种状态在现有技术中不能被检测到，因此也不能被指示。进一步的认识是，这种情况可以由通过机动车辆的排气系统输出的排气云引起，该排气云在超声波传感器的区域中形成。本发明不仅基于以下认识：通过这种排气云可以避免现有技术的缺点，在这种排气云的表面或边界层处，超声波可能被反射并且因此可能损坏由超声波传感器设备检测的距离测量以及采取的确保故障安全操作的相应测量。因此，超声波传感器设备可以以特别可操作地故障安全和可靠的方式操作。

在当前情况下，排气云被理解为是相，因此是由机动车辆的排气系统排出的特别高浓度的排气，然后在排气系统的排气管的区域中聚集。已经发现的是，这种排气云具有可以反射超声波的边界层。该反射引起在超声波传感器处的信号回波，这在现有技术中被错误地解释为物体的检测。

关于在超声波传感器的检测区域中的排气云的检测，在一个实施例中可以提供的是，根据所述传感器数据计算指示存在可以反射超声波的这种排气云的当前概率的概率值。当计算的概率值超过预定极限值时，可以检测排气云或可以确认检测。特别地，可以使用可由机动车辆的极其多样的传感器检测的多个测量变量以计算概率值。当计算概率值时，考虑的测量变量或参数的数量越多，排气云存在的概率的确定可以更准确和现实。

在一个实施例中，可以提供的是，根据作为传感器数据的至少一个测量变量检测排气云，特别是确定概率值，该测量变量通过布置在排气系统本身中的传感器来测量。这种传感器的使用具有的优点是，可以以非常可靠的方式基于来自传感器的传感器数据得出排气在排气管的区域中聚集的结论，因此可以以高精度确定构成超声波的障碍的排气云是否形成在超声波传感器的区域中。特别地，可以根据以下测量变量中的至少一个来检测排气云：

-排气的温度-这可以通过排气系统中的温度传感器来检测；对于排气云的检测，可以要求排气的温度大于预定的阈值-这意味着，特别地，只有当排气的温度大于阈值时上述概率值可以大于零；和/或

-排气的水分含量-这可以例如通过排气系统中的水分传感器来检测；对于排气云的检测，可以要求排气的水分含量大于预定的相关联阈值-这意味着，特别地，只有当排气的水分含量大于相关联阈值时上述概率值可以大于零；和/或

-排气的流速-在这方面还可以提供的是，只有当流速大于预先设定的相关联阈值时，可以检测排气云，或概率值可以大于零；和/或

-排气压力-与当前排气压力进行比较的相应阈值也可以对该测量变量预定，其中排气云的检测可以要求排气压力大于相关联阈值；和/或

-排气的质量流量-这也可以与相关联的阈值进行比较；只有当质量流量大于相关联阈值时，可以检测排气云；和/或

-表征在机动车辆的内燃机的至少一个燃烧室中的燃烧空气与燃料的比率的测量变量，该测量变量特别是通过λ探针(lambda probe)测量-排气云的检测可以要求燃烧空气/燃料的比率低于相关联阈值。

附加地或可替代地，可以提供的是，机动车辆的内燃机的当前发动机温度也被考虑作为用于检测排气云的传感器数据。具体地，关系是发动机温度越低，存在排气云的概率越大。

还可以提供的是，根据机动车辆周围区域中的大气条件来检测排气云，例如特别地，根据机动车辆周围区域中的风速和/或空气湿度和/或空气温度。这些参数可以通过相应的传感器和/或根据机动车辆的当前地理位置来检测，该当前地理位置通过导航接收器(特别是GPS接收器)检测并且传输到因特网服务器，该因特网服务器然后通知机动车辆对于机动车辆的当前位置在周围区域中的当前大气条件。周围区域中的大气条件还对在机动车辆的区域中的排气云的产生具有影响。例如，空气温度越低和/或周围区域中的空气湿度越大，排气云的存在就越可能。

如果检测了空气温度，则一方面排气温度和另一方面空气温度之间的温度差和/或一方面发动机温度和另一方面空气温度之间的温度差可以被确定并且考虑用于排气云的检测。具体地，该温度差越大，排气系统的排气管的区域中存在排气云的可能性就越大。

排气云可以考虑机动车辆的至少一个结构参数而检测，并且特别是可以计算存在排气云的概率。以下参数的至少一个可以作为结构参数考虑：

-一方面超声波传感器和另一方面排气系统的排气管的出口之间的距离-具体地，关系是该距离越小，在超声波传感器的检测区域中存在排气云的概率越大；和/或

-排气管的横截面尺寸-排气管的横截面也特别地对排气管的区域中的排气云的产生具有影响；和/或

-排气系统的排气管的数量；和/或

-机动车辆的排气涡轮增压器的数量；和/或

-机动车辆的内燃机的容积排量(swept volume)，也就是说立方容量；和/或

-内燃发动机的类型，也就是说内燃发动机是汽油发动机还是柴油发动机。

由超声波传感器本身检测的至少一个参数也可以选择地考虑用于排气云的检测。具体地，可以根据超声波的传播时间并且因此根据测量的距离和/或根据目标回波的数量或检测的物体的数量，检测排气云，特别是计算概率值。这里可以考虑采用直接测量，其中同一超声波传感器发射超声波，然后接收目标回波，和/或间接测量，其中一个超声波传感器发射超声波，并且另外的超声波传感器接收目标回波。例如，如果检测到物体在非常短距离外，则为了检查排气云的检测的合理性，可以解释为该靠近的物体是排气云本身。以这种方式可以可靠地检查排气云检测的合理性。

因此，如果检测到排气云，则可以提供可操作地确保超声波传感器设备故障安全和可靠的操作的极其多样的实施例：

根据排气云检测的超声波传感器设备的操作可以包括，由超声波传感器设备测量的并且低于预定阈值的距离值由于排气云的检测而被消隐。这意味着，在小于预定阈值的距离处检测到的物体不被指示给机动车辆的驾驶员。其原因在于，该物体非常可能是排气云。该实施例具有的优点是，可以防止即使实际上在机动车辆周围区域中没有真实物体，驾驶员也被相应的警告信号不必要地干扰的情况。

低于阈值的距离值还可以在机动车辆的当前速度低于预定阈值的条件下被消隐。具体地，排气云通常只有在机动车辆静止时或在低速时形成。如果机动车辆以相对高的速度运动，则优选地输出所有测量的距离值。

超声波传感器设备还可以设计为使得超声波传感器的阻挡状态(特别是所述超声波传感器被污垢和/或冰和/或雪阻挡的状态)可以根据超声波传感器的至少一个振荡参数，特别是根据超声波传感器的隔膜的衰减时间来检测。然后，根据排气云的检测的超声波传感器设备的操作可以包括由于排气云的检测而被超声波传感器设备忽略的阻挡状态的检测。这意味着，特别是当检测到排气云以及超声波传感器被附加质量阻挡的状态二者时，本来告知驾驶员超声波传感器的阻挡状态以及因此需要清洁传感器的相应警告信号不输出。

附加地或可替代地，根据排气云检测的超声波传感器设备的操作包括由于排气云的检测可以将控制信号输出到排气系统。通过相应地驱动排气系统的至少一个部件，可以产生现有的排气云，并且可以实现超声波传感器设备的可靠运行。

在这一点上，特别地可以提供的是，通过控制信号驱动排气系统的节流阀，通过该节流阀限制排气。通过短暂地限制排气，可以分解排气云，并且可以重新建立超声波传感器设备的可靠操作。

附加地或可替代地，排气系统可以具有至少两个排气管，其中至少一个设计为使得它可以关闭，其中可以关闭的至少一个排气管可以通过控制信号打开。排气的改进和更方便的分配通过打开所有的排气管实现，由此已经检测到的排气云可以依次被分散。

本发明还涉及一种用于机动车辆的超声波传感器设备，包括至少一个超声波传感器并且包括控制装置，该控制装置设计为驱动超声波传感器以将超声波发射到机动车辆的周围区域中，以执行距离测量。超声波传感器设备设计为执行根据本发明的方法。

根据本发明的机动车辆，特别是客车，包括根据本发明的超声波传感器设备。

相对于根据本发明的方法给出的优选实施例及其优点相应地适用于根据本发明的超声波传感器设备以及根据本发明的机动车辆。

本发明的其它特征可以从权利要求、附图和附图说明中得到。在说明书中的所有上述特征和上述特征的组合以及在附图说明中和/或在附图中单独示出的以下特征和特征组合不仅可以在各自所述组合中使用，还可以在其它组合或单独使用。

附图说明

下面使用优选示例性实施例以及还参考附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1是包括根据本发明的一个实施例的超声波传感器设备的机动车辆的示意图；以及

图2示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1中所示的机动车辆1例如是客车。机动车辆1包括超声波传感器设备2，该超声波传感器设备2例如是停车助手或停车辅助系统。超声波传感器设备2用于当进行停车操作时辅助机动车辆1的驾驶员。为此，所述超声波传感器设备包括以分布在后保险杠4的方式布置的大量超声波传感器3。相应的超声波传感器3还可以布置在前保险杠5(未示出)上。超声波传感器3电联接到超声波传感器设备2的控制装置6。控制装置6构成控制器，该控制器可以包括例如数字信号处理器和/或微控制器并且用于驱动超声波传感器3。控制装置6接收来自超声波传感器3的测量数据，并且根据所述测量数据确定机动车辆1和位于所述机动车辆周围区域中的障碍物之间的距离。控制装置6可以根据所述距离驱动例如扬声器7和/或光学指示装置8(例如显示器)。借助于扬声器7和/或指示装置8向驾驶员通知测量的距离。为了进行距离测量，驱动相应的超声波传感器3，以将超声波发射到机动车辆1的周围区域9中。所谓的交叉测量(间接测量)和直接测量二者在过程中都是可能的。在间接测量的情况下，第一超声波传感器3发射超声波，而至少另一个第二超声波传感器3作为接收回波信号的接收传感器操作。然而在直接测量的情况下，驱动相同的超声波传感器3用于发射目的和用于接收目的二者。

超声波传感器设备2还可以是自动或半自动停车辅助系统，通过该系统自动检测停车空间，并且自动计算可以自动或半自动地驱动机动车辆1到停车空间所沿的合适停车路径。在全自动停车辅助系统的情况下，超声波传感器设备2执行机动车辆1的纵向控制和横向控制二者，而在半自动系统的情况下，超声波传感器设备2仅自动执行横向控制以及因此的转向，而驾驶员必须自己加速和刹车。驾驶员必须自己执行纵向控制和横向控制二者，但是由超声波传感器设备2输出转向指令的系统也是已知的。

机动车辆1的排气系统11所连接的内燃机10以本身已知的方式连接以用于驱动机动车辆1。在示例性实施例中，排气系统11具有两个排气管12、13，每个排气管具有出口14、15，由内燃机10产生的排气通过该出口14、15输出到周围区域9。此外，用于驱动排气系统11的节流阀(未示出)和/或关闭和打开排气管12、13和/或驱动内燃机10的控制器16布置在机动车辆1中。

用于检测以下测量变量中的至少一个：排气的当前温度和/或排气的当前水分含量和/或排气的当前流速，和/或当前排气压力和/或排气的当前质量流量和/或表征内燃发动机10的至少一个燃烧室中的燃烧空气与燃料的当前比率的当前测量变量(在这种情况下使用λ探针)的至少一个传感器18布置在排气系统11中。

来自至少一个传感器18的传感器数据被传输到控制装置6。

此外，内燃机10的发动机温度可以通过温度传感器19检测。指示相应的当前发动机温度的该传感器数据也可以传输到控制装置6。

用于检测机动车辆1周围的区域中的大气条件，特别是在周围区域9中的空气湿度和/或空气温度和/或风速的至少一个传感器20也可以布置在机动车辆1中。附加地或可替代地，通过导航接收器21(例如GPS)提供的并且指示机动车辆1的当前地理位置的位置信号也可以用于检测所述数据的目的。如果在控制装置6中知道机动车辆1的当前位置，则可以在一方面控制装置6和另一方面因特网服务器之间建立通信连接，通过该通信连接，机动车辆1的当前位置可以从控制装置6传输到因特网服务器。因特网服务器然后可以将指示机动车辆1周围的区域中的当前空气温度和/或风速和/或空气湿度的数据传输到控制装置6。

控制装置6设计为使得它可以根据传感器数据检测排气云22是否在排气管12、13的相应出口14、15的区域中和因此的超声波传感器3的检测区域中形成，在该排气云22的边界层处，由超声波传感器3发射的超声波可以被反射。下面将参考图2更详细地解释用于操作超声波传感器设备2的相关方法：

方法在步骤S1中开始，其中用于检测排气云22的传感器数据由控制装置6检测。可以考虑以下传感器数据：

-排气的温度和/或

-排气的水分含量和/或

-排气的流速和/或

-排气压力和/或

-排气的质量流量和/或

-燃烧空气与燃料的比率和/或

-当前发动机温度和/或

-在车辆周围的区域中的当前风速和/或空气湿度和/或空气温度。

机动车辆的以下结构参数也可以选择地存储在控制装置6中并且考虑用于检测排气云22：

-相应超声波传感器3和相应排气管12、13的出口14、15之间的距离和/或

-排气管12、13的横截面尺寸和/或

-排气管12、13的数量和/或

-排气系统11的排气涡轮增压器的数量和/或

-内燃机10的容积排量和/或

-内燃机10的类型(汽油发动机或柴油发动机)。

控制装置6还可以选择地考虑由相应超声波传感器3测量的距离和/或接收的目标回波的数量。

在步骤S2中，通过控制装置6以任何期望的组合评估上述变量和/或参数，其中也可以对测量变量进行加权。为了检测排气云22，计算指示存在这种排气云22的当前概率的概率值P。在计算概率值P时考虑上述传感器数据以及还选择地考虑机动车辆1的结构参数。如已经提到的，这些也可以相应地加权。根据步骤S3，然后检查所计算的概率值P是否大于预先设定的极限值G。如果控制装置6检测到概率值P大于极限值G，则假设排气云22存在于超声波传感器设备2的检测区域中。

如果未检测到排气云22，则方法返回到步骤S1。然而，如果根据步骤S3检测到排气云22，则该方法移动到进一步的步骤S4，在该步骤S4中，检查机动车辆1的当前速度V是否小于预先设定的阈值S。如果不是这种情况，则方法返回到步骤S1。如果速度V小于阈值S，则控制装置6可以根据步骤S5采取以下措施中的至少一个：

-作为排气云22的检测结果，控制装置6可以消隐或忽略低于预定阈值并且因此可源自排气云22的那些距离值；和/或

-如果基于超声波传感器3的至少一个振荡参数检测到所述超声波传感器被雪和/或污垢和/或冰阻挡或覆盖，则超声波传感器3的阻挡状态的该检测可以一开始作为排气云22检测的结果而忽略；和/或

-控制装置6还可以输出信号到控制器16，以例如通过所述节流阀来限制排气和/或打开所有现有的排气管12、13以便更好地分配排放的排气。