專利名稱：具有時間上變化的靈敏度-閾值的超聲波傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據獨立權利要求的類型的超聲波傳感器。
技術背景由DE199 63 755 Al公知了一種距離傳感裝置，它尤其被用作機動車的 泊車輔助裝置或倒車輔助裝置的組成部分。該距離傳感裝置具有一個或多 個距離傳感器及一個配置給距離傳感器的控制裝置，該控制裝置用于通過 相應的信號線路控制這個或這些距離傳感器。距離傳感器的至少一個具有 不同的工作模式。可通過距離傳感器-控制裝置的控制脈沖的持續時間和/ 或幅值的改變實現工作模式之間的轉換。其中提出特別是所使用的微波 傳感器具有多個工作模式，而所使用的超聲波傳感器僅具有一個工作模式。此外由EP925 765 Bl公知了在接收持續時間上改變用于檢測一個反 射回波的接收閾值。為了描述接收特性，預給定用于多個確定的時間間隔 上的各閾值。這些時間間隔通過采樣來描述。在此情況下，時刻是指被反 射的超聲波信號的傳播時間，由此所述時刻與被障礙物反射的反射信號回 到超聲波傳感器所經過的距離直接相關。發明內容相比之下，具有并列獨立權利要求的特征的、根據本發明的超聲波傳 感器及超聲波測量方法具有其優點，即這些采樣(Stiitzstellen)的時間位置 相對一個固定的參考標記而改變，借助這些采樣來描述超聲波傳感器的接 收特性(Empfangscharakteristik)。由此超聲波傳感器的接收特性可被適配。 由此根據傳感器的使用條件、例如周圍環境條件或根據所使用的測量方法， 所述接收特性可用簡單的方式通過采樣的位置的變化來適配。因此能以簡 單的方式實現超聲波傳感器的靈明度的適配。在此情況下尤其也減小了為 控制超聲波傳感器而傳送給該超聲波傳感器的數據量。因此例如可以是，借助采樣的偏移可用一個超聲波傳感器來覆蓋不同的作用距離。此外還可 以是，制造一種超聲波傳感器，它具有與迄今使用的傳感器相兼容的測量 模式。這種傳感器還可附加地具有另一改善的測量模式。因此易于建立與 老的超聲波系統的兼容性，而在一個新的測量系統中也可使用該相同的傳 感器。此外可以實現不同的測量方法，例如通過直接回波分析的單個測量、 交叉回波測量或不同的傳感器連接在一起用于共同的測量，其中采樣的時 間位置被相應地適配。在此情況下采樣對時間位置的配置與對到一個障礙 物的確定距離值的配置具有相同意義。通過從屬權利要求中所述的措施可得到權利要求1給出的超聲波傳感 器及并列獨立權利要求中給出的超聲波測量方法的有利的進一步構型及改 進。特別有利的是，對于采樣的不同時間位置，也不同地選擇閾值。由此 可使靈敏度的適配更好地與對障礙物檢測的要求相適配。此外有利的是，采樣的時間位置可在至少一個第一狀態與一個第二狀 態之間轉換。因此可以僅通過轉換指令的傳送來達到采樣的其它位置及由 此達到傳感器的其它靈敏度。此外有利的是，在從所述第一狀態向所述第二狀態轉換時，采樣的時 間位置之間的時間間隔被延長。因此可達到用相同數目的采樣來覆蓋更 長的時間間隔及由此覆蓋更大的作用距離。因此一個設置來存儲采樣的相 應數據的存儲器在可以轉換作用距離的情況下不需被增大容量。此外有利的是，設有一個非易失性存儲器，在其中存儲采樣的時間位 置及閾值。由此在超聲波傳感器中的這些值也可在機動車停止后供使用及 無需在超聲波傳感器每次啟動時重新傳送給該超聲波傳感器。此外有利的是，采樣的時間位置涉及信號發送的終點上或以后的一個 固定的時標。對于每個采樣可個別地存儲該時間，由此可用簡單方式為各個測量間隔建立一時間參照(Zdtbezug)。特別有利的是，根據本發明的超聲波傳感器應用在機動車中。尤其是 在泊車過程中對于測量停車位及對于實際的泊車過程要求不同的作用距 離。此外氣候條件，如雪或雨要求超聲波傳感器的靈敏度適配。因為即使 與其它機動車的較小碰撞也會引起大損傷，故對駕駛員應可靠地指示出離 障礙物的距離。可以特別簡單地，采樣的時間位置通過傳送給超聲波傳感器的控制信 號來改變。借助該控制信號，可實現采樣的時間位置的轉換，而在另一實 施形式中也可實現采樣的編程。特別簡單地該編程可這樣地實現，即采樣 相互之間的時間間隔傳送給超聲波傳感器并也可以用同樣方式傳送這些采 樣所對應的各閾值。這里可有利地使用一個數據總線系統，該數據總線系 統連接各個超聲波傳感器與控制單元。
本發明的實施例被表示在附圖中及在以下的說明中詳細地描述。 附圖表示-圖1:機動車中一個距離測量單元的多個超聲波傳感器的概要視圖，圖2:用于表示不同作用距離的機動車的一個側視圖，圖3:用于根據本發明的、尤其采樣時間位置的變化的控制信號的實施例，圖4至7:超聲波傳感器的靈敏度的實施例，隨著時間突出顯示了各個 采樣及這些采樣位置的根據本發明的變化。
具體實施方式
根據本發明的超聲波傳感器尤其可使用在機動車中。在此情況下它主 要用于在直至約五米的近區域中檢測周圍環境中的障礙物。在圖1中概要地表示一個機動車1，在其前側2及也可以在其左角與右角上設置根據本發 明構造的超聲波傳感器3。在設置在機動車前側2的超聲波傳感器中的一個 3'上簡要示出了超聲波傳感器的監測范圍4。超聲波傳感器的監測范圍中的 障礙物將導致發射出的超聲波信號被障礙物反射回該超聲波傳感器(直 接回波測量)或另一超聲波傳感器(交叉回波測量)。由超聲波信號的傳播 時間在考慮超聲波速度的情況下可確定出到障礙物的距離。為此由超聲波 傳感器3， 3'接收到的測量數據被傳送給控制單元5。該控制單元5處理接 收的數據及當低于一個預定距離時通過顯示單元6和/或聲音輸出單元10 對機動車的駕駛員輸出一個警報。此外控制單元5用于控制超聲波傳感器 3， 3'起作用及必要時使它們的測量相互協調。此外控制單元5用于預給出的靈敏度。圖2中表示機動車1的一個側視圖，其中在根據圖2的視圖中可看出， 超聲波傳感器3'安裝在機動車的一個保險桿9上。機動車在一個表面7上 運動。在圖中表示出由超聲波傳感器3'發射出的超聲波信號的中心區域8。 此外，在超聲波射束的該中心區域以外也會有超聲波并產生反射。因此超 聲波例如也會被表面7反射回來。在一個第一設定中，這樣地選擇反射信 號的接收靈敏度及尤其是接收的持續時間，使得僅檢測直到一個第一距離 標記ll為止的障礙物。檢測持續時間被這樣選擇，使得超聲波信號的從超 聲波傳感器3'直到障礙物并返回的最大傳播時間相應于超聲波信號對于超 聲波傳感器3'與第一距離標記11之間的距離所需的那個時間。在另一實施 形式中，超聲波傳感器可被這樣地調節，使得可以進行直到第二距離標記 12為止的距離測量。第一距離標記11例如可離機動車超過2.5米的距離。 第二距離標記12例如可離機動車5米的距離。在此情況下可這樣選擇該第 一距離標記，即該距離相應于迄今的傳感器的最大作用距離，而第二距離 標記12相應于一個改進的超聲波傳感器的測量距離。通過改進的超聲波傳 感器可以在兩個距離標記11， 12之間轉換，所述改進的超聲波傳感器也可 與迄今為止的一代的傳感器一起使用，而不必對超聲波傳感器本身作出機 械上的改變。對于超聲波傳感器的控制優選設置三個不同的指令。由控制單元5向 超聲波傳感器傳遞的一個第一控制信號21包括一個數據首部 (Datenheader) 13，通過該數據首部告知傳感器它應發送還是應接收。該 首部例如可為一預給定的高/低數字信號的序列(Abfolge)。接著在一個數 據部分14中通過控制單元5向傳感器傳送一個用于發送過程開始及結束的 相應信號。一個第二控制信號22這樣地設計，即數據首部13'被這樣地編碼，以 致傳感器接著相應的首部數據傳送后轉換到一接收狀態15。傳感器現在收 聽接收的超聲波信號，及當對于相應的時刻預給定的閾值被一個接收到的 超聲波信號的包絡曲線超過時給控制單元5傳送一信號。一個第三控制信號23具有一個擴大的數據首部16。該數據首部被選擇 得更長，因為該第三控制信號23在測量時的傳送比發送或接收指令的傳送少得多。第三控制信號23用于詢問超聲波傳感器的狀態及轉換超聲波傳感 器的模式。在此情況下，在一個第一狀態及一個第二狀態之間轉換，在第 一狀態中用于接收信號檢測的閾值的采樣具有第一時間位置，而在第二狀 態中這些采樣相對第一狀態改變它們的時間位置。在一個第二數據首部17 中將通知超聲波傳感器是否進行狀態詢問或模式的改變。接下來必要時 在模式轉換時連接數據部分18中的控制數據。在本發明的另一實施形式中 也可通過第三控制信號23進行采樣的參數化。在此情況下可以是，對于每 個采樣給出一個時間位置和/或具體的閾值。在第二數據首部17中通知超 聲波傳感器是否應進行參數化。在數據部分18中將參數化數據傳送給超聲 波傳感器。如果在控制單元5上連接了多個超聲波傳感器，則在第一實施 形式中可以對所有的傳感器同時尋址。而在一個優選的實施形式中數據首 部13， 13'， 16具有一尋址部分，通過該尋址部分可使一個確定的傳感器作 出響應。
通過借助第三控制信號23的狀態詢問也可對控制單元傳送超聲波傳 感器處于哪個測量模式中，即這些采樣具有怎樣的時間位置或對這些采樣 配置了怎樣的閾值。在此情況下一方面可以是，對不同的模式，這種配置 編碼地存儲在控制單元5中。而在另一實施形式中也可將各個(閾)值傳 送給控制單元5。此外在狀態詢問時可以通過超聲波傳感器的狀態也傳送出 錯信息。
為了在例如突然失去電壓或在數據傳送出錯時不使距離測量完全失 效，可以在超聲波傳感器中存儲用于釆樣的時間位置的及用于閾值的基值 (Basiswerte)。如果在數據傳送時例如借助奇偶校驗位詢問確定出被傳送 的數據無效，則該超聲波傳感器可轉換到一個標準工作方式及使用那里存 儲的采樣，包括這些采樣的用于測量的閾值。因此即使在傳感器第一次使 用及未有在先參數化的情況下或在存儲在超聲波傳感器中的靈敏度參數丟 失的情況下也可進行距離的測量。
這里進一步改進的超聲波傳感器被優選地這樣設計，使得它們可讀出 在圖3中所示的具有不同數據傳送頻率的控制信號。因此例如可以以較低 頻率、即以較大的位間隔(Bitabstand)將數據首部傳送給超聲波傳感器。 如果在由控制裝置5的狀態詢問中確定出存在一改進后的超聲波傳感器，則對于接下來的參數化可轉換到一個較高的頻率上，在該頻率時位間隔減 小。因此可以以更大的速度將參數數據傳送給該超聲波傳感器。例如可將
兩個位信號之間的間隔從約2ms減小到0.3ms。
圖4至7表示用于接收到的超聲波信號的檢測的閾值隨時間的變化曲 線。在圖4至7的Y軸上分別記錄了閾值。該閾值是一個接收到的超聲波 信號的包絡曲線的最大值所必需超過的那個值，以便在相應的時刻上接收 信號的檢測被良好地傳送給控制裝置。在X軸上則記錄了時間。超聲波傳 感器的發送活動的結束分別被設置為時間軸的零點40。接下來一個閾值49 被設置成非常高，由此預給出一個無效時間，在該無效時間中不檢測接收 信號。該無效時間被用來避免超聲波傳感器的發送元件、通常為壓電元件 的振動衰減引起的錯誤。在此，零點是第一采樣，從該零點開始該高值49 作為閾值要被超過，該閾值不會被衰減振動超過。該值一直到一個第一采 樣41被保持有效。
下面首先借助圖4來說明采樣曲線，在該圖中表示出一個閾值的曲線 50。在所述第一采樣41后閾值下降到一個第一工作值42。該閾值一直到一 個第二采樣43被保持有效，其中，該閾值短時地升高直到第四采樣44，以 避免通過可能的地面回波引起的錯誤。在此情況下，這樣地選擇所述第三 及第四采樣的時間上的位置，使得在該相應的時間間隔中由表面7反射的 信號可到達超聲波傳感器。通過將閾值提高到第二工作值45上，由于在通 常平滑的地面上的相對差的反射，反射信號不會導致誤檢測。接著設置有 多個其它的采樣46，對這些采樣分別配置所述第一工作值42。此后接著是 多個另外的采樣47，對它們配置了第二個更低的工作值39，該值更小些， 由此也可檢測更遠地被反射的信號。在另一實施形式中也可分別對這些采 樣配置不同的工作值。在一個終點48上該測量間隔結束。
圖6中表示出超聲波傳感器的第二模式。根據圖6的模式同樣表示一 個閾值曲線的變化曲線80。該閾值曲線80在設置的閾值方面相應于圖4 中所示的閾值曲線50。但采樣的時間位置被改變。這里，涉及地面回波及 超聲波傳感器的衰減特性的開始的采樣41， 43， 44的位置相對圖4中所示 的閾值曲線未改變。但隨后的多個采樣46'， 47'相互之間分別具有增大的 間隔及由此也相對零點40具有增大的間隔。通過在數目上保持相同的采樣46'， 47'的間隔增大使測量間隔的終點48'明顯地推遲。這意味著，在將近 測量間隔終點時還可檢測出離超聲波傳感器比根據閾值曲線50的測量時更 遠的障礙物，該閾值曲線50在較早時刻上就結束了。圖5中表示具有閾值曲線60的另一實施例，在其中組合了兩種可能的 措施。 一方面可以是，采樣的時間位置被移動及由此使轉換到另一閾值的 時刻被移動。具有對應的閾值、即第二工作值39的一些采樣相對圖4設置 在相同時刻上，而在圖5中所述閾值轉換到第二工作值39上的時刻470相 對根據圖4的所述閾值到第二工作值39上的下降被推遲。第二措施可如下， 即補充多個其它的采樣。例如可以是，在一個較遲的時刻上設置一個新添 加的采樣51，從該采樣起達到一個第三工作值52。在采樣470與采樣51 之間設置多個采樣53,對它們配置第二工作值39作為閾值，在該例中也可 達到較大的作用距離，其中，在終點54上結束測量。在圖7中借助閾值曲線70表示另一實施例，在該實施例中不僅采樣的 時間位置改變，而且配置給各采樣的各個閾值相對例如根據圖4的實施例 也發生了改變。因此不僅閾值的曲線，而且測量窗的持續時間及在測量窗 期間的閾值曲線都是可變的。在閾值曲線70上，在一個第一采樣61時閾 值起先保持恒定，而接著在隨后的多個采樣62上閾值多級地下降，以便接 著在多個采樣63上又保持恒定。相比于根據圖4的閾值曲線50，采樣的時 間位置在此也改變了。采樣的時間位置的配置的實現方案例如可這樣進行，即預給定一個數 據區，在該數據區中，將各個數據項配置給隨后的采樣、例如十個采樣。 對這些采樣可分別分配一個預定的標準間隔。該標準間隔設置在超聲波傳 感器的存儲器中。在為了建立采樣而被傳送的數據區中現在傳送一個移動 范圍，在該移動范圍內采樣可向前移動一段或向后移動一段。采樣的間隔 可以是等間隔的。但這些采樣也可隨著到超聲波傳感器的距離的增大而具 有增大的間隔。對此移動范圍也可改變。優選地，各個采樣周圍的移動范 圍被這樣設置，使得產生出相鄰采樣的最大可能范圍的重疊區域，以致提 高了采樣建立時的靈活性。在采樣的時間位置的配置的另一實現方案中僅是第一采樣的位置被固 定。所有其它的位置逐步地通過在新的及在先的采樣之間的時間間隔的傳送來確定。由此避免了各采樣位置的值區域的重疊。為了覆蓋盡可能大的時間區域，這些間隔的間隔度(Granularitat)及值區域隨著采樣序號的增 大而增大。在超聲波傳感器中可以存儲根據圖4至7的不同的閾值曲線。通過控 制信號可選擇出一個曲線。在另一實施形式中也可以是，對超聲波傳感器 傳送新的采樣或包括相應閾值在內的新的采樣。所有采樣也可具有不同的閾值。在這里所示的實施形式中兩個采樣之 間的閾值被取得恒定值。在另一實施形式中分別在兩個采樣之間進行線性 插補，其中，閾值曲線從第一采樣上的閾值到第二采樣上的閾值的變化是 線性的。
權利要求
1.具有時間上變化的靈敏度的超聲波傳感器，其中，所述靈敏度通過閾值預給出，其中，分別對一采樣配置一閾值，分別對所述采樣對應一時間位置，其特征在于這些采樣的時間位置是可變的。
2. 根據權利要求1的超聲波傳感器，其特征在于對于各個采樣的不同 的時間位置，閾值是不同的。
3. 根據以上權利要求中一項的超聲波傳感器，其特征在于這些采樣的 時間位置可在至少一個第一狀態與一個第二狀態之間轉換。
4. 根據權利要求3的超聲波傳感器，其特征在于在由所述第一狀態向 所述第二狀態轉換時至少兩個采樣的時間位置之間的時間間隔被擴大。
5. 根據以上權利要求中一項的超聲波傳感器，其特征在于設置有一非 易失性存儲器，用于存儲這些采樣的時間位置及配置給這些采樣的閾值。
6. 根據以上權利要求中一項的超聲波傳感器，其特征在于所述時間位 置涉及信號發送終點上或以后的一固定的時標。
7. 根據以上權利要求中一項的超聲波傳感器用于距離測量的應用，用 于一機動車周圍中物體的檢測系統、尤其是用于泊車輔助、用于一死角警 報系統或一倒車輔助。
8. 用于距離測量的超聲波測量方法，其中， 一超聲波傳感器的時間上變 化的靈敏度通過閾值預給出，其中，將這些閾值配置給一些采樣，其中， 給這些采樣分別配置一時間位置，其特征在于使這些采樣的所述時間位 置變化。
9. 根據權利要求8的超聲波測量方法，其特征在于配置給這些采樣的 這些閾值和/或這些采樣的所述時間位置通過一控制信號來變化。
10. 根據權利要求8-9中一項的超聲波測量方法，其特征在于配置給 這些采樣的所述時間位置以這樣的方式變化，即通過控制信號來確定這些 采樣相互的各個間隔或這些采樣相對一固定間隔值的各個間隔。
全文摘要
本發明涉及一種具有時間上變化的靈敏度-閾值的超聲波傳感器，其中，超聲波傳感器的時間上變化的靈敏度通過閾值預給出。用于超聲波傳感器的采樣的時間位置在此可以改變。
文檔編號G01S15/93GK101331407SQ200680046858
公開日2008年12月24日 申請日期2006年11月16日 優先權日2005年12月15日
發明者D·施密德, P·法貝爾 申請人:羅伯特·博世有限公司