用于在连续运行中至少一个传感器的自诊断的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于第一传感器的、尤其超声传感器的自诊断的方法。此外，本发 明设及一种传感器和一种车辆。
【背景技术】
[0002] 超声传感器通常应用在机动车中，W便检测机动车周围的环境。因此借助于超声 传感器可W例如在超声传感器的检查范围中探测运动的或静止的对象，其方式是，由传感 器发送的信号在对象上反射，回波由传感器接收并且转换为电信号，并且该电信号由也称 为传感器电子器件的分析处理单元在运行时间、幅度等方面进行分析处理。由此推断对象 的距离。附加地也可W通过检测信号的多普勒移位推断对象的速度。
[0003] 基于超声传感器的驾驶员辅助功能已经自从超过15年W来存在于市场上。经典泊 车辅助越来越多地W负载功能一一如例如泊出支持、半自动泊车W及死角辅助(侧景辅助） 补充。此外如下功能在研发中或者在市场上，所述功能根据实施方式在ISO标准IS026262: 2001-11的意义上分级为安全相关的。
[0004] 为了实现安全相关的功能，超声传感器必须总是更接近于其功率边界地运行。基 于不利的环境条件或老化效应的功率损失导致经常不能够被探测到的功能限制。因此，传 感器的更广泛和更有针对性的自诊断对于运些要求更高的功能越来越重要。
[0005] DE 10 2006 053 112公开一种用于调节尤其具有换能器的超声传感器的发送声 压并且可调节的接收增益的方法。该方法包括发送声压的间接测量，该间接测量通过换能 器的激励电压的幅度的测量来实现。
[0006] EP 1 612 531设及一种微机械压力传感器，其检测微机械膜片结构的变形。此外， 所述检测可W通过压电实现。为了进行自测试或校准，W压电换能器激励膜片。变形可W或 者借助于相同或另一换能器装置通过压电、静电或光学检测。
[0007] DE 37 07 620描述一种用于动态扬声器的加速度传感器。通过测量膜片的偏转或 加速度来电子式调节扬声器的机械特征。为此，应用具有振动式(seismisch)悬挂质量的加 速度传感器。所述加速度传感器不需要固定点并且其输出信号与声压一致。
[000引由现有技术并不已知运样的方法或传感器:借助于所述方法或传感器能够令人满 意地实现在连续运行中具有超声传感器的功能损坏的量化的自诊断。
【发明内容】
[0009] 提供一种根据独立权利要求的方法、传感器和车辆。
[0010] 通过测量第一传感器的、尤其超声传感器的膜片的加速度可W估计如下参量，如 第一传感器的偏转、声压和/或灵敏性。优选地，基于膜片的所测量的加速度确定第一传感 器的声压。第一传感器的灵敏性或作用范围然后可W由第一传感器的声压推导出。通过运 些参量的量化，存在与相应参考值的可比较性，从而可W判断并且必要时匹配第一传感器 的状态。"相应地"在此表示:在此相应于要比较的参量或相应于相应时刻或者相应于其他 功能条件来选择参考值。
[0011] 在一种优选的实施方式中，第一传感器是超声传感器，而加速度传感器实施为微 机电系统。
[0012] 在本发明范围中的超声传感器通常包括用于发送超声信号的发送器和可W用于 接收超声信号的反射回波的接收器。在此可能的是，对于发送器和接收器设置分离的部件， 其中，在该情况下发送器和接收器优选直接相互相邻地布置。也可能的是，发送器和/或接 收器设计为传感器阵列。运能实现环境的=维检测。不仅识别对象的距离而且也识别空间 延展。除了具有分离的发送器和接收器的超声传感器之外也可能的是，使用交替地作为发 送器和接收器工作的传感器。在该情况下首先由作为发送器工作的超声传感器发送超声信 号，并且在可W通过主动或被动阻尼加速的振动衰减(Ausschwingung)之后由现在作为接 收器工作传感器接收所发送的并且由对象反射的信号的回波。
[0013] -般地，超声传感器的传感器参数包括发送参数，其表征发送脉冲和其发送频谱。 运样的参数是例如发送电流、发送脉冲持续时间、频率或幅度，其中，发送电流与幅度成正 比。
[0014] 在一种优选的实施方式中，第一传感器配备有用于自诊断的系统，W便探测功能 损坏。灵敏性的估计用于此，所述估计优选在连续运行中进行。
[0015] 在一种实施方式中，除了由第一传感器的自诊断产生的信号之外还可W考虑另外 的直接地或间接地推导出的信号，如例如溫度信号、传感器自身的噪音估计和/或盲性识 另IJ，在基于所探测的功能干扰来触发故障消息和/或系统反应之前。因此，可W例如在所求 取的灵敏性与预先确定的阔值有偏差的情况下匹配第一传感器的灵敏性和/或产生故障消 息和/或停用至少一个与第一传感器相关的功能。
[0016] 在另一实施方式中，可W借助相应的发送电流的和/或接收增益的适合的改变来 匹配超声传感器的灵敏性。
[0017] 在另一实施方式中，所获得的关于第一传感器的当前声压和/或当前灵敏性的信 息可W用于在分析处理单元内匹配借助于第一传感器接收的信号的分析处理。为此例如可 W在传感器信号的分析处理中改变参数和/或阔值，如果已经诊断出第一传感器的声压或 灵敏性并因此功能方式已经改变，然而第一传感器可W进一步被使用。作为当前在本发明 的范围中表示如下参量，该参量可分配给有限的时间段，该时间段例如是参照有限的时间 段的平均值。优选地，作为"当前"表示如下参量，该参量分配给恰恰一个时刻。
[0018] 根据本发明的第一传感器包括至少一个加速度传感器，所述至少一个加速度传感 器确定第一传感器的膜片的加速度。
[0019] 优选地，所使用的加速度传感器实施为微机电系统(MEMS)。微机电系统也称为微 系统。该微系统包括微型化装置、组件或部件，其具有典型在微米范围中作为系统共同起作 用的构件。微机电系统优选包括一个或多个传感器，并且包括执行器和在忍片上的控制电 子器件。例如在衬底如例如娃或神化嫁上可W制造运样的微机电系统。微机电系统具有W 下优点:微机电系统基于其大小可W特别成本有利地被制造并且基于电功能和非电功能的 集成来提供大的功能范围。
[0020] 在根据本发明的传感器中的微机电系统的或至少一个加速度传感器的供电可W 通过膜片腔的内部实现。
[0021] 优选地，通常如在已经存在的超声传感器中那样实现第一传感器的、尤其超声传 感器的声压产生。膜片腔尤其可W具有相应于系列膜片腔的几何结构的几何结构，从而可 W使用具有高质量的被证明是合适的部件。
[0022] 超声传感器的声压在制造中通常匹配于一个正常值地调节，其中，相应地改变激 励脉冲的电流强度。在连续运行中超声传感器的所产生的声压是对于超声传感器的灵敏性 的度量，该灵敏性相应于超声传感器的要实现的作用范围。所发送的回波幅度和所接收的 回波幅度的定量关系与多个影响参量相关，如例如空气阻尼、所探测的对象的类型和几何 结构W及声波束(SchaUkeule)的形式。如果激励频率和环境溫度不变，则所产生的声压与 传感器膜片的偏转线性相关。在本发明的范围中将在膜片上的至少一个点与其静止位置的 当前距离理解为偏转。声压和偏转的该关系W W下等式示出：
[0023] p = 2 ? JT ? f ? Z (1)
[0024] 其中，P是声压，C是偏转，f是激励频率，而Z是空气的声特性阻抗。激励频率典型地 根据相应设计通过传感器电子器件给出。空气的声特性阻抗Z通过如下限定：
[0025] Z = P ? C, (2)
[00%]其中，P是空气密度，C是声速。因此，空气的声特性阻抗Z与空气密度P相关并且因 此与空气溫度相关。因此，空气的声特性阻抗Z可W通过环境溫度的测量进行估计。因此，声 压也是溫度相关的。
[0027] 在一种优选的实施方式中，基于第一传感器的、尤其超声传感器的膜片的所测量 的加速度实施第一传感器的声压P的溫度补偿。溫度补偿可W通过发送电流的跟踪来实现。
[0028] 此外，在声压P与膜片的加速度《的峰值之间存在线性关系，只要激励频率P是不变 的，如由等式(1)能够推导出的那样。为此，膜片的移位S表示为：
[0029] S = C ? COS(化ft)， (3)
[0030] 从而加速度a等于：
[0031]
(4)
[0032] 等式4示出：如果加速度和激励频率是已知的，则可W计算偏转。加速度J的峰值可 W描述为：
[00 削
（5)
[0034] 其中，峰值假定为COS函数的最大值，从而W等式5可W取代等式（1)中的偏转C并 且在声压P与加速度a的峰值之间的线性关系产生如下：
[0035]
(6)
[0036] 在一种实施方式中，借助于加速度传感器和相应分析处理电子器件确定第一传感 器的膜片的当前偏转，从而第一传感器的所产生的声压并且因此第一传感器的灵敏性可W 由加速度或偏转推导出。灵敏性可W理解为相比于参考状态的探测能力，其中，参考状态可 W通过在制造工厂中校准的参量如声压和增益给出。增益在连续运行中保持不变，而声压 可W通过外部影响而发生变化。
[0037] 本发明可W尤其应用在运样的超声传感器中：出于泊车辅助和/或碰撞避免的目 的，所述超声传感器例如设置在车辆的前保险杠和/或后保险杠中。
[0038] 根据本发明的传感器尤其可W安装在超声系统中，该超声系统包括一组超声传感 器，其中，至少一个、优选所有超声传感器具有根据本发明的特征。超声系统可W例如设置 用于检测机动车环境的区域。超声系统此外优选也具有分配给相应组的控制装置并且具有 信号处理装置。
[0039] 本发明的优点：
[0040] 通过自诊断一一其中测量传感器膜片的加速度，可W诊断各个传感器在时间上的 灵敏性差别W及在共同安装在车辆中的传感器之间的灵敏性差别。如果所估计的灵敏性差 别位于规定边界之外，则可W或者提供相应信息给驾驶员和/或生成系统故障，该系统故障 必须在车间例如通过传感器更换来消除。如果借助于根据本发明的方法确定超声传感器的 声压和/或灵敏性，该声压和/或灵敏性与预先确定的阔值有偏差，则也可W改变超声传感 器的发送电流和/或接收增益W便动态匹配声压和/或灵敏性。由此可W或者等同地对系统 中的功能限制进行反应或者避免或降低功能限制。基于加速度测量的自诊断允许当前传感 器退化的判断，该当前传感器退化可能归因于传感器内部的缺陷和/或膜片腔的物理变化， 如例如结冰、弄脏和变形。
[0041] 此外，根据本发明的方法提供的当前传感器灵敏性的信息可W用于，在超声传感 器的发送脉冲的产生中再调节声压，W便将至少一个超声传感器的功