用于在連續運行中至少一個傳感器的自診斷的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于第一傳感器的、尤其超聲傳感器的自診斷的方法。此外，本發 明設及一種傳感器和一種車輛。
【背景技術】
[0002] 超聲傳感器通常應用在機動車中，W便檢測機動車周圍的環境。因此借助于超聲 傳感器可W例如在超聲傳感器的檢查范圍中探測運動的或靜止的對象，其方式是，由傳感 器發送的信號在對象上反射，回波由傳感器接收并且轉換為電信號，并且該電信號由也稱 為傳感器電子器件的分析處理單元在運行時間、幅度等方面進行分析處理。由此推斷對象 的距離。附加地也可W通過檢測信號的多普勒移位推斷對象的速度。
[0003] 基于超聲傳感器的駕駛員輔助功能已經自從超過15年W來存在于市場上。經典泊 車輔助越來越多地W負載功能一一如例如泊出支持、半自動泊車W及死角輔助(側景輔助） 補充。此外如下功能在研發中或者在市場上，所述功能根據實施方式在ISO標準IS026262: 2001-11的意義上分級為安全相關的。
[0004] 為了實現安全相關的功能，超聲傳感器必須總是更接近于其功率邊界地運行。基 于不利的環境條件或老化效應的功率損失導致經常不能夠被探測到的功能限制。因此，傳 感器的更廣泛和更有針對性的自診斷對于運些要求更高的功能越來越重要。
[0005] DE 10 2006 053 112公開一種用于調節尤其具有換能器的超聲傳感器的發送聲 壓并且可調節的接收增益的方法。該方法包括發送聲壓的間接測量，該間接測量通過換能 器的激勵電壓的幅度的測量來實現。
[0006] EP 1 612 531設及一種微機械壓力傳感器，其檢測微機械膜片結構的變形。此外， 所述檢測可W通過壓電實現。為了進行自測試或校準，W壓電換能器激勵膜片。變形可W或 者借助于相同或另一換能器裝置通過壓電、靜電或光學檢測。
[0007] DE 37 07 620描述一種用于動態揚聲器的加速度傳感器。通過測量膜片的偏轉或 加速度來電子式調節揚聲器的機械特征。為此，應用具有振動式(seismisch)懸掛質量的加 速度傳感器。所述加速度傳感器不需要固定點并且其輸出信號與聲壓一致。
[000引由現有技術并不已知運樣的方法或傳感器:借助于所述方法或傳感器能夠令人滿 意地實現在連續運行中具有超聲傳感器的功能損壞的量化的自診斷。
【發明內容】
[0009] 提供一種根據獨立權利要求的方法、傳感器和車輛。
[0010] 通過測量第一傳感器的、尤其超聲傳感器的膜片的加速度可W估計如下參量，如 第一傳感器的偏轉、聲壓和/或靈敏性。優選地，基于膜片的所測量的加速度確定第一傳感 器的聲壓。第一傳感器的靈敏性或作用范圍然后可W由第一傳感器的聲壓推導出。通過運 些參量的量化，存在與相應參考值的可比較性，從而可W判斷并且必要時匹配第一傳感器 的狀態。"相應地"在此表示:在此相應于要比較的參量或相應于相應時刻或者相應于其他 功能條件來選擇參考值。
[0011] 在一種優選的實施方式中，第一傳感器是超聲傳感器，而加速度傳感器實施為微 機電系統。
[0012] 在本發明范圍中的超聲傳感器通常包括用于發送超聲信號的發送器和可W用于 接收超聲信號的反射回波的接收器。在此可能的是，對于發送器和接收器設置分離的部件， 其中，在該情況下發送器和接收器優選直接相互相鄰地布置。也可能的是，發送器和/或接 收器設計為傳感器陣列。運能實現環境的=維檢測。不僅識別對象的距離而且也識別空間 延展。除了具有分離的發送器和接收器的超聲傳感器之外也可能的是，使用交替地作為發 送器和接收器工作的傳感器。在該情況下首先由作為發送器工作的超聲傳感器發送超聲信 號，并且在可W通過主動或被動阻尼加速的振動衰減(Ausschwingung)之后由現在作為接 收器工作傳感器接收所發送的并且由對象反射的信號的回波。
[0013] -般地，超聲傳感器的傳感器參數包括發送參數，其表征發送脈沖和其發送頻譜。 運樣的參數是例如發送電流、發送脈沖持續時間、頻率或幅度，其中，發送電流與幅度成正 比。
[0014] 在一種優選的實施方式中，第一傳感器配備有用于自診斷的系統，W便探測功能 損壞。靈敏性的估計用于此，所述估計優選在連續運行中進行。
[0015] 在一種實施方式中，除了由第一傳感器的自診斷產生的信號之外還可W考慮另外 的直接地或間接地推導出的信號，如例如溫度信號、傳感器自身的噪音估計和/或盲性識 另IJ，在基于所探測的功能干擾來觸發故障消息和/或系統反應之前。因此，可W例如在所求 取的靈敏性與預先確定的闊值有偏差的情況下匹配第一傳感器的靈敏性和/或產生故障消 息和/或停用至少一個與第一傳感器相關的功能。
[0016] 在另一實施方式中，可W借助相應的發送電流的和/或接收增益的適合的改變來 匹配超聲傳感器的靈敏性。
[0017] 在另一實施方式中，所獲得的關于第一傳感器的當前聲壓和/或當前靈敏性的信 息可W用于在分析處理單元內匹配借助于第一傳感器接收的信號的分析處理。為此例如可 W在傳感器信號的分析處理中改變參數和/或闊值，如果已經診斷出第一傳感器的聲壓或 靈敏性并因此功能方式已經改變，然而第一傳感器可W進一步被使用。作為當前在本發明 的范圍中表示如下參量，該參量可分配給有限的時間段，該時間段例如是參照有限的時間 段的平均值。優選地，作為"當前"表示如下參量，該參量分配給恰恰一個時刻。
[0018] 根據本發明的第一傳感器包括至少一個加速度傳感器，所述至少一個加速度傳感 器確定第一傳感器的膜片的加速度。
[0019] 優選地，所使用的加速度傳感器實施為微機電系統(MEMS)。微機電系統也稱為微 系統。該微系統包括微型化裝置、組件或部件，其具有典型在微米范圍中作為系統共同起作 用的構件。微機電系統優選包括一個或多個傳感器，并且包括執行器和在忍片上的控制電 子器件。例如在襯底如例如娃或神化嫁上可W制造運樣的微機電系統。微機電系統具有W 下優點:微機電系統基于其大小可W特別成本有利地被制造并且基于電功能和非電功能的 集成來提供大的功能范圍。
[0020] 在根據本發明的傳感器中的微機電系統的或至少一個加速度傳感器的供電可W 通過膜片腔的內部實現。
[0021] 優選地，通常如在已經存在的超聲傳感器中那樣實現第一傳感器的、尤其超聲傳 感器的聲壓產生。膜片腔尤其可W具有相應于系列膜片腔的幾何結構的幾何結構，從而可 W使用具有高質量的被證明是合適的部件。
[0022] 超聲傳感器的聲壓在制造中通常匹配于一個正常值地調節，其中，相應地改變激 勵脈沖的電流強度。在連續運行中超聲傳感器的所產生的聲壓是對于超聲傳感器的靈敏性 的度量，該靈敏性相應于超聲傳感器的要實現的作用范圍。所發送的回波幅度和所接收的 回波幅度的定量關系與多個影響參量相關，如例如空氣阻尼、所探測的對象的類型和幾何 結構W及聲波束(SchaUkeule)的形式。如果激勵頻率和環境溫度不變，則所產生的聲壓與 傳感器膜片的偏轉線性相關。在本發明的范圍中將在膜片上的至少一個點與其靜止位置的 當前距離理解為偏轉。聲壓和偏轉的該關系W W下等式示出：
[0023] p = 2 ? JT ? f ? Z (1)
[0024] 其中，P是聲壓，C是偏轉，f是激勵頻率，而Z是空氣的聲特性阻抗。激勵頻率典型地 根據相應設計通過傳感器電子器件給出。空氣的聲特性阻抗Z通過如下限定：
[0025] Z = P ? C, (2)
[00%]其中，P是空氣密度，C是聲速。因此，空氣的聲特性阻抗Z與空氣密度P相關并且因 此與空氣溫度相關。因此，空氣的聲特性阻抗Z可W通過環境溫度的測量進行估計。因此，聲 壓也是溫度相關的。
[0027] 在一種優選的實施方式中，基于第一傳感器的、尤其超聲傳感器的膜片的所測量 的加速度實施第一傳感器的聲壓P的溫度補償。溫度補償可W通過發送電流的跟蹤來實現。
[0028] 此外，在聲壓P與膜片的加速度《的峰值之間存在線性關系，只要激勵頻率P是不變 的，如由等式(1)能夠推導出的那樣。為此，膜片的移位S表示為：
[0029] S = C ? COS(化ft)， (3)
[0030] 從而加速度a等于：
[0031]
(4)
[0032] 等式4示出：如果加速度和激勵頻率是已知的，則可W計算偏轉。加速度J的峰值可 W描述為：
[00 削
（5)
[0034] 其中，峰值假定為COS函數的最大值，從而W等式5可W取代等式（1)中的偏轉C并 且在聲壓P與加速度a的峰值之間的線性關系產生如下：
[0035]
(6)
[0036] 在一種實施方式中，借助于加速度傳感器和相應分析處理電子器件確定第一傳感 器的膜片的當前偏轉，從而第一傳感器的所產生的聲壓并且因此第一傳感器的靈敏性可W 由加速度或偏轉推導出。靈敏性可W理解為相比于參考狀態的探測能力，其中，參考狀態可 W通過在制造工廠中校準的參量如聲壓和增益給出。增益在連續運行中保持不變，而聲壓 可W通過外部影響而發生變化。
[0037] 本發明可W尤其應用在運樣的超聲傳感器中：出于泊車輔助和/或碰撞避免的目 的，所述超聲傳感器例如設置在車輛的前保險杠和/或后保險杠中。
[0038] 根據本發明的傳感器尤其可W安裝在超聲系統中，該超聲系統包括一組超聲傳感 器，其中，至少一個、優選所有超聲傳感器具有根據本發明的特征。超聲系統可W例如設置 用于檢測機動車環境的區域。超聲系統此外優選也具有分配給相應組的控制裝置并且具有 信號處理裝置。
[0039] 本發明的優點：
[0040] 通過自診斷一一其中測量傳感器膜片的加速度，可W診斷各個傳感器在時間上的 靈敏性差別W及在共同安裝在車輛中的傳感器之間的靈敏性差別。如果所估計的靈敏性差 別位于規定邊界之外，則可W或者提供相應信息給駕駛員和/或生成系統故障，該系統故障 必須在車間例如通過傳感器更換來消除。如果借助于根據本發明的方法確定超聲傳感器的 聲壓和/或靈敏性，該聲壓和/或靈敏性與預先確定的闊值有偏差，則也可W改變超聲傳感 器的發送電流和/或接收增益W便動態匹配聲壓和/或靈敏性。由此可W或者等同地對系統 中的功能限制進行反應或者避免或降低功能限制。基于加速度測量的自診斷允許當前傳感 器退化的判斷，該當前傳感器退化可能歸因于傳感器內部的缺陷和/或膜片腔的物理變化， 如例如結冰、弄臟和變形。
[0041] 此外，根據本發明的方法提供的當前傳感器靈敏性的信息可W用于，在超聲傳感 器的發送脈沖的產生中再調節聲壓，W便將至少一個超聲傳感器的功