操作用于机动车辆的超声波传感器设备的方法与流程

本发明涉及一种用来操作用于机动车辆的超声波传感器设备的方法，其中，第一超声波传感器的膜片利用调频第一激励信号被激励，以发射第一超声波信号，第二超声波传感器的膜片利用调频第二激励信号被激励，以发射第二超声波信号，其中，第一超声波传感器的膜片和第二超声波传感器的膜片具有相同的共振频率。本发明还涉及一种超声波传感器设备和驾驶员辅助系统。最后，本发明涉及一种机动车辆。

背景技术：

在当前情况下，特别地关注用于机动车辆的超声波传感器设备。这样的超声波传感器设备可例如被用于捕获围绕机动车辆的区域中的物体。这样的超声波传感器设备通常包括多个超声波传感器，其每个可用于确定距物体的距离。超声波传感器包括膜片，所述膜片被激励以机械振动，用于利用相应的换能器元件发射超声波信号的目的。被超声波传感器发射的超声波信号则被物体反射，且再次撞击超声波传感器的膜片。这激励膜片以机械地振动，该机械振动可利用换能器元件被捕获，且可以传感器信号形式提供。

现有技术披露了超声波传感器设备和驾驶员辅助系统，其中，多至六个超声波传感器布置在机动车辆的保险杠上。还已知，相继地利用各个超声波传感器执行测量，以避免超声波传感器彼此影响。因为超声波传感器不同时发射各自的超声波信号，利用超声波传感器的测量周期需要较长的时间。为了减小这样的测量周期的时长，现有技术披露了对利用各个超声波传感器发射的超声波信号进行相应编码的实践。就此而言，de102011120447a1描述了一种用于操作机动车辆中的超声波传感器的方法。在这情况下，超声波传感器发射传输信号，其中，传输信号的相位被调制，以使得其具有突然的相位变化。因此执行传输信号的psk调制。

现有技术还披露了用于激励超声波传感器或其换能器元件的激励信号是调频信号。就此而言，de102013211846a1披露了一种用于操作车辆的环境捕获系统的方法。在该情况下，发射和接收单元用于发射调频信号，发射和/或接收单元和/或一个或多个另外的发射和/或接收单元接收被发射的调频信号的回声信号。调频信号可以是唧声信号(chirpsignal)。

技术实现要素：

本发明的目的是显示如何可以更安全和更可靠的方式利用用于具有多个超声波传感器的机动车辆的超声波传感器设备捕获围绕机动车辆的区域的方案。

根据本发明，该目的通过具有根据各独立权利要求的特征的方法、超声波传感器设备、驾驶员辅助系统以及机动车辆实现。从属权利要求涉及本发明的有利改进。

在用来操作用于机动车辆的超声波传感器的方法的一个实施例中，第一超声波传感器的膜片优选地利用调频第一激励信号被激励，以发射第一超声波信号。另外，第二超声波传感器的膜片特别地利用调频第二激励信号被激励，以发射第二超声波信号。在该情况下，特别地设置为，第一超声波传感器的膜片和第二超声波传感器的膜片具有相同的共振频率。另外，优选地设置为，第一激励信号包括第一频率范围，第二激励信号包括与第一频率范围不同的第二频率范围。另外，特别地设置为，第一激励信号的最大振幅的时间波形和第二激励信号的最大振幅的时间波形被改变。

根据本发明的方法用来操作用于机动车辆的超声传感器设备。在该情况下，第一超声波传感器的膜片利用调频第一激励信号被激励，以发射第一超声波信号，第二超声波传感器的膜片利用调频第二激励信号被激励，以发射第二超声波信号，其中，第一超声波传感器的膜片和第二超声波传感器的膜片具有相同的共振频率。在该情况下，第一激励信号包括第一频率范围，第二激励信号包括与第一频率范围不同的第二频率范围。另外，特别地，第一激励信号的最大振幅的时间波形和第二激励信号的最大振幅的时间波形被改变。

本方法意图用来作用于机动车辆的超声波传感器设备。超声波传感器设备包括第一超声波传感器和第二超声波传感器。在该情况下，特别地设置为，第一超声波传感器和第二超声波传感器在结构上相同。可还设置为，超声波传感器设备包括多个超声波传感器。超声波传感器设备可被用于捕获围绕机动车辆的区域中的物体或障碍物。为此目的，可利用每个超声波传感器发射超声波信号。在该情况下，第一超声波信号利用第一超声波传感器发射，第二超声波信号利用第二超声波传感器发射。为此目的，各超声波传感器的膜片利用相应的换能器元件被激励，以机械地振动，所述换能器元件例如是压电元件。为此目的，随时间可变的电压形式的激励信号可施加于相应的换能器元件。相应被发射的超声波信号则在围绕机动车辆的区域中的物体处被反射，并再次撞击超声波传感器的膜片。因此，超声波传感器的膜片被激励以机械地振动。膜片的这些机械振动可利用换能器元件被捕获，且可以传感器信号或原始信号的形式被输出，所述传感器信号或原始信号特别地作为随时间可变的电压被提供。

根据本发明的重要方面，设置为，第一超声波传感器的膜片利用第一激励信号在第一频率范围中被激励，第二超声波传感器的膜片利用第二激励信号在第二频率范围中被激励。在该情况下，相应激励信号作为调频信号被提供。这意味着，各激励信号的频率基于时间改变。还可设置为，第一激励信号的第一频率范围与第二激励信号的第二频率范围不同。这特别地意味着，第一频率范围和第二频率范围不重叠。如已解释的，超声波传感器在结构上是相同的。这还意味着，第一超声波传感器的膜片和第二超声波传感器的膜片在结构上是相同的。考虑制造容差，膜片具有相同的共振频率。由于第一超声波传感器的膜片在第一频率范围中被激励且第二超声波传感器的膜片在第二频率范围中被激励，第一和第二超声波信号可在随后的接收期间被区分开。因此特别地，不是必需使用膜片具有不同共振频率的不同超声波传感器。来自第一超声波传感器和来自第二超声波传感器的信号可由此以简单且成本有效的方式被彼此区分。如果第一超声波传感器和第二超声波传感器意图在彼此旁边布置在机动车辆的保险杠上且因此可存在相互影响，则这是特别适当的。

本发明还基于当发射第一超声波信号和第二超声波信号时可在频率范围中发生重叠的认识。如已经解释的，两个调频激励信号的频率范围不同。但是，这些激励信号具有逐渐升高和下降的边缘，其结果是，被发射的超声波信号在频率范围中的带宽被拓宽超过它们的实际频率范围。这可导致超声波信号在所述频率范围中被叠加，且因此被影响。在当前情况下，这通过改变激励信号的相应最大振幅的时间波形而被避免。在该情况下，最大振幅描述可被相应激励信号最多占据的振幅。相应激励信号是随时间可变的信号。最大振幅可因此描述各激励信号的包络线或包络线曲线。在该情况下，特别地设置为，激励信号的最大振幅在发射期间以一方式被影响，该方式是在频率范围内存在第一超声波信号和第二超声波信号之间的尽可能最小的重叠。此外特别地，第一频率范围和第二频率范围不是必须被适应性变化或彼此进一步偏移，由此减小传输能量。此外，不是必须使各频率范围更窄，由此减小可获得的分辨率。因此，总体上可允许超声波传感器设备的高效和可靠操作。

第一激励信号和第二激励信号优选地被设置为唧声信号。如以上所解释的，频率在第一激励信号和第二激励信号中基于时间变化。在该情况下，还可设置为，第一频率范围低于共振频率，第二频率范围高于共振频率。低于共振频率的第一激励信号可以是正唧声信号。在该情况下，该信号的频率可基于时间增加。高于共振频率的第二激励信号可以是负唧声信号，其中，频率基于时间减小。通过相应地适应变化激励信号的最大振幅的时间波形，激励信号可以清楚地彼此区分开。

根据一个实施例，第一激励信号和第二激励信号每个从上升部分延伸到被分配给共振频率的下降部分，其中，第一激励信号的最大振幅和第二激励信号的最大振幅在下降部分中减小。换句话说，第一激励信号和第二激励信号的最大振幅的时间波形可针对各自的下降部分适应性变化。最大振幅可在下降部分中具有预确定的梯度或边缘陡度。激励信号的上升部分可分配给激励信号的初始频率，下降部分可分配给激励信号的结束频率。激励信号的该相应下降部分分配给共振频率，且因此分配给激励信号的可行的叠加范围。通过使最大振幅的时间波形在该下降部分中适应性变化，可防止各激励信号在共振频率区域中具有相对较平的边缘。特别地可设置为，最大振幅在下降部分中以一方式适应性变化，该方式是，与纯调频激励信号相比，该边缘变得更陡。因此可以防止激励信号在频率范围中重叠。

在另一实施例中，第一激励信号的最大振幅和第二激励信号的最大振幅在上升部分中减小。最大振幅的时间波形可以也在上升部分中适应性变化。该上升部分存在于各激励信号发射的起点。该上升部分描述距共振频率最远的激励信号的频率范围。由此在此还可以防止各超声波信号在频率范围中拓宽。

根据另外的实施例，第一激励信号的最大振幅的时间波形和第二激励信号的最大振幅的时间波形描述在下降部分和/或上升部分中的s形函数。这样的s形函数具有s形波形。这意味着，在上升部分中的最大振幅的时间波形一开始沿该s形函数增加，且在激励信号终点处沿反s形函数减小。各激励信号的最大振幅可具有恒定值，或对应于上升部分和下降部分之间的线性函数。原理上，这样的波形可借助相应的窗口函数被允许。例如，该窗口函数可被设计为使得，其通过两个s形函数的组合而形成，这两个s形函数在各激励信号的传输期间的一半处重叠。原理上，也可使用其他函数或窗口函数。例子包括汉宁窗、布兰克曼窗(blackmanwindow)、图基窗(tukeywindow)等。这特别地使得最大振幅的时间波形可以容易且可靠地适应性变化。

第一超声波传感器的膜片和第二超声波传感器的超声波传感器被同时激励，也是有利的。这意味着，第一超声波信号和第二超声波信号被同时发射。利用第一超声波传感器发射的第一超声波信号可被围绕机动车辆的区域中的物体反射。第一超声波信号则可再次利用第一超声波传感器被接收。还可以执行所谓的交叉测量，其中，第一超声波信号利用第二超声波传感器被接收。以相同的方式，利用第二超声波传感器发射的第二超声波信号可利用第二超声波传感器和利用第一超声波传感器二者被接收。因为第一超声波信号和第二超声波信号可基于在接收期间它们的不同频率范围而彼此区分开，第一超声波信号和第二超声波信号可被同时发射。测量周期——利用超声波传感器设备执行——可因此例如在更短的时间内执行。这使得可以可靠地监视围绕机动车辆的区域。

在另一构造中，被围绕机动车辆的区域中的物体反射的第一超声波信号和/或第二超声波信号与第一激励信号和/或第二激励信号相关。如以上所解释的，第一被反射超声波信号和第二被反射超声波信号二者可利用第一超声波传感器被接收。为了检查被接收的超声波信号是描述第一超声波信号还是第二超声波信号，被接收的超声波信号可与第一激励信号和/或第二激励信号相关。被接收的超声波信号与其中一个激励信号的对应因此被检查。对于第二超声波传感器，这可以相同的方式执行。因此例如被接收的超声波信号不是必须相应地被滤去。

在另一实施例中，第三超声波传感器的至少一个膜片利用调频第三激励信号另外被激励，以发射第三超声波信号。换句话说，该方法可在功能上扩展到多个超声波传感器或频道。在该情况下，被限定的频率范围可分配给每个超声波传感器。

根据本发明的用于机动车辆的超声波传感器设备包括第一超声波传感器和第二超声波传感器。在该情况下，超声波传感器设备优选地被设计为执行根据本发明的方法和该方法的有利构造。如上所述，超声波传感器设备可还包括多个超声波传感器。另外，超声波传感器设备可包括电子控制装置，其连接至超声波传感器，用于传输数据的目的。各激励信号可利用该控制装置被传输至超声波传感器或它们的换能器元件。另外，传感器信号或原始信号可利用相应的超声波传感器在接收时被传输至控制装置。

根据本发明的用于机动车辆的驾驶员辅助系统包括根据本发明的超声波传感器设备。原理上，借助驾驶员辅助系统，可在围绕机动车辆的区域中检测物体。如果检测到机动车辆和物体之间存在碰撞的威胁，相应的警报可被输出至驾驶员。可还设置为，驾驶员辅助系统至少以半自主的方式基于机动车辆和物体之间的相对位置来操纵机动车辆。驾驶员辅助系统可以例如是停车辅助系统的形式。

根据本发明的机动车辆包括根据本发明的驾驶员辅助系统。机动车辆特别地为客车的形式。也可设置为，机动车辆为商用车辆的形式。

关于根据本发明的方法呈现的优选实施例和它们的优势相应地应用于根据本发明的超声波传感器设备、根据本发明的驾驶员辅助系统以及根据本发明的机动车辆。

本发明的进一步特征由权利要求、附图和附图的说明体现。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下仅在附图的描述中提到的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合可以不仅用在分别指出的组合中，也可以用在其他组合中使用，而不偏离本发明的范围。在附图中没有清楚显示和解释但可从所解释的实施例通过单独的特征组合呈现且可制造的实施例也视为被本发明涵盖和披露。因此不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征的实施例和组合可也被视为被披露。实施例和特征组合——特别地作为上述实施例的结果，超过权利要求的从属关系呈现的特征组合或与之不同——也应视为已经被披露。

附图说明

现在将基于优选的示例性实施例以及参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出根据本发明一个实施例的机动车辆，其具有带超声波传感器设备的驾驶员辅助系统；

图2示出根据现有技术的激励信号的时间波形，其用于激励超声波传感器以发射超声波信号；

图3示出根据现有技术的第一超声波信号和第二超声波信号的频谱；

图4示出根据本发明一个实施例的用于超声波传感器的激励信号的时间波形；和

图5示出根据本发明一个实施例的第一超声波信号和第二超声波信号的频谱。

具体实施方式

在图中，提供相同或功能相同的元件相同的附图标记。

图1示出根据本发明一个实施例的机动车辆1的平面图。在当前情况下，机动车辆1为客车的形式。驾驶车辆1包括驾驶员辅助系统2，其用于通过驾驶机动车辆1来辅助驾驶员。特别地，驾驶员辅助系统2可是停车辅助系统的形式，其可用于当将机动车辆1停在停车空间中时和/或当将车辆移出停车空间时辅助驾驶员。

驾驶员辅助系统2则包括超声波传感器设备3。超声波传感器设备3具有至少一个第一超声波传感器4a和一个第二超声波传感器4b。在当前示例性实施例中，超声波传感器设备3包括总共十二个超声波传感器4a、4b。在该情况下，六个超声波传感器4a、4b布置在机动车辆1的前区域6中，六个超声传感器4a、4b布置在机动车辆1的后区域7中。在该情况下，第一超声波传感器4a和第二超声波传感器4b以交替方式布置。超声波传感器4a、4b可特别地安装在机动车辆1的保险杠上。在该情况下，超声波传感器4a、4b可至少在一定区域中布置在保险杠的相应凹部或通道开口中。还可设置为，超声波传感器4a、4b以在保险杠后面隐藏的方式布置。原理上，超声波传感器4a、4b可还布置在机动车辆1的另外的装饰部件上。例如，超声波传感器4a、4b可布置在机动车辆1的门上或隐藏在其之后。

各超声波传感器4a、4b可用于提供传感器信号，所述信号描述在围绕机动车辆1的区域9中的至少一个物体8。在该情况下，物体8在周围区域9中示意性地示出。为了确定传感器信号，超声波信号可利用每个超声波传感器4a、4b发射。被物体8反射的超声波信号则可再次被接收。超声波传感器4a、4b和物体8之间的距离则可基于超声波信号的传播时间而被确定。可还设置，利用不同超声波传感器4a、4b确定的各距离被考虑。机动车辆1和物体之间的相对位置可因此通过三边测量术被确定。

超声波传感器设备3还包括电子控制装置5，其连接至超声波传感器4a、4b用于传输数据的目的。在该情况下，相应的数据线为了清楚没有示出。来自超声波传感器4a、4b的传感器信号可以该方式被控制装置5接收和评价。该信息然后可被驾驶员辅助系统2使用，以为机动车辆1的驾驶员提供输出。另外可设置，驾驶员辅助系统2干预转向系统、制动系统和/或驱动马达，以便至少以半自主的方式基于被捕获物体8来操纵机动车辆1。

控制装置5还用于提供激励信号10a，所述激励信号10a用于激励各超声波传感器4a、4b。图2通过例子示出用于第一超声波传感器4a的第一激励信号10a。在该情况下，时间t绘制在横轴上，振幅a绘制在纵轴上。激励信号10a特别地以电压的形式提供，且施加于第一超声波传感器4a的换能器元件。如图2可见，第一激励信号是调频信号，特别是唧声信号。这意味着，激励信号10a的频率f基于时间t改变。在该情况下，第一激励信号10a的频率f基于时间t线性增加。第一激励信号10a包括第一频率范围fa，其在超声波传感器4a、4b的膜片的共振频率fr以下。第二超声波传感器4b利用第二激励信号被激励。第二激励信号10b包括第二频率范围fb，其在共振频率fr以上。膜片的共振频率可以在50khz的区域中。在第二激励信号中，频率f可同样被线性增加。因此可具有与第一激励信号10a类似的波形，但是具有更高的频率。可还设置为，在第二激励信号中，频率f基于时间t线性减小。

如图2可见，第一激励信号10a的最大振幅am具有恒定值。第一激励信号10a还具有正弦波形，其中，频率f基于时间t线性增加。第一激励信号10a和第二激励信号的时间波形可根据以下公式确定：

y(t)＝sin(f(t)·2π·t)·am

第一超声波传感器4a用于发射第一超声波信号。为此目的，第一超声波传感器4a利用第一激励信号10a被激励。第二超声波传感器4b用于发射第二超声波信号。为此目的，第二超声波传感器4b利用第二激励信号10b被激励。就此而言，图3示出第一被发射超声波信号的第一振幅谱11a和第二被发射超声波信号的第二振幅谱11b。在该情况下，频率f绘制在横轴上，振幅af绘制在纵轴上。由于激励信号10a的边缘，对于在谱范围中的超声波信号，振幅谱11a、11b重叠。在该情况下，描述振幅谱11a、11b的重叠的区域12被标记。由于该重叠，被物体8反射的超声波信号可以被影响。

与这相比，图4示出根据本发明一个实施例的第一激励信号10a的时间波形。在该情况下可看到，第一激励信号10a的最大振幅am基于时间t被适应性变化。第一激励信号10a具有上升部分13，其被分配给发射的起点。第一激励信号10a还具有下降部分14，其被分配给发射的终点。下降部分14同样被分配给膜片的共振频率fr。最大振幅am的时间波形因此在激励信号10a中适应性变化。第一激励信号10a的时间波形可利用以下公式被描述：

y(t)＝sin(f(t)·2π·t)·am(t)

在当前例子中，第一激励信号10a的最大振幅am在上升部分13和在下降部分14中具有s形(sigmoid)函数的波形。第二激励信号的最大振幅am的时间波形可具有相同的波形。因此，激励信号在上升部分13中且特别是在下降部分14中具有被限定的梯度或边缘。这使得可以显著减小在频率范围内的被发射和接收的超声波信号的拓宽。特别地，描述在共振频率区域中的振幅谱11a、11b的重叠的区域12可被显著减小。这可在图5中看到，其示出超声波信号的振幅谱11a、11b。在该情况下，超声波传感器4a、4b利用激励信号10a被激励，其中最大振幅am的时间波形被适应性改变。