利用相關檢測機動車的周圍環境的裝置和方法

2024-03-21 04:28:05

利用相關檢測機動車的周圍環境的裝置和方法
【專利摘要】本發明涉及一種在機動車(47)內的周圍環境檢測裝置(30)，其包括信號發生裝置(34)，用於產生發射信號；至少一個超聲波轉換器(1)，用於將電振蕩轉變為聲學振蕩和/或反之將聲學振蕩轉變為電振蕩；處理器，該處理器處理接收信號，用於獲得具在機動車的周圍環境內的對象物體的距離，其中，所述信號發生裝置(34)與至少一個超聲波轉換器(1)耦連，使得超聲波轉換器(1)根據電學發射信號向周圍環境發出超聲波發射信號，並且處理器與所述至少一個超聲波轉換器(1)或者至少一個另外的超聲波轉換器(1)相連接，用於接收電學接收信號，該接收信號在所述至少一個超聲波轉換器(1)或者至少一個另外的超聲波轉換器(1)上由被反射的超聲波發生信號轉換而成，其中，所述至少一個超聲波轉換器(1)和必要時所述至少一個另外的超聲波轉換器(1)在車輛內如此安置，使得在所述至少一個超聲波轉換器(1)和必要時所述至少一個另外的超聲波轉換器(1)與待監測的機動車(47)的周圍環境(31)之間分別安置有車輛部件的封閉的、物理構造的面、尤其保險槓(3)的壁板(2)，所述至少一個超聲波轉換器和所述至少一個另外的超聲波轉換器材料接合地與該面連接，並且所述處理單元(48)包括相關單元(44)，所述相關單元(44)構建發射信號與接收信號的互相關，並且還被設計用於，根據在相關情況下藉助相關函數計算得出的相關信號獲得距在周圍環境(31)中的對象物體(39)的距離，並且本發明還涉及利用互相關檢測周圍環境的方法。
【專利說明】利用相關檢測機動車的周圍環境的裝置和方法
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的前述部分的周圍環境檢測裝置以及根據權利要求6的前述部分的在機動車內檢測周圍環境的方法。
[0002]由現有技術已知，藉助傳感器檢測機動車的周圍環境，並且處理檢測到的傳感器結果，用於檢測周圍環境中的對象物體，尤其方法是計算得出距在周圍環境中的對象物體的一個或多個距離並且由此鎖定對象物體。如此檢測到的結果被用於不同的輔助系統。例如當尤其在泊車時在車輛的周圍環境中有物體靠近車輛時，則該測量結果用於向道路車輛的駕駛員發出有聲信號和/或光學信號。各種發動機驅動的陸路車輛被視作機動車。
[0003]由現有技術已知不同的用於執行周圍環境檢測的傳感器。在現有技術中特別有利的是，尤其在車輛具有較低速度時、例如泊車時為了檢測車輛鄰近區域時通常使用傳感器，藉助所述傳感器發出信號，該信號在機動車的周圍環境內的對象物體上被反射並且隨後該反射信號被傳感器檢測到。在此，在某個測量傳感器的類型中，對發射信號的發出與被反射的發射信號(也被稱為回波信號)的接收之間的運行時間進行處理。當信號的傳播速度已知時，則可以由運行時間推導出發射信號和回波信號所經過的路徑，並且由此推導出距相鄰對象物體的間距。如果在機動車上彼此間隔地安裝了多個傳感器，則還可以藉助三角測量法獲得在周圍環境內反射回波脈衝的對象物體的位置。
[0004]由文獻EP I 619 518 Al已知一種用於識別障礙物的系統，其中不僅在車輛的前保險槓上而且還在車輛的後保險槓上安裝了多個超聲波傳感器，所述超聲波傳感器檢測機動車的周圍環境內的障礙物。該傳感器如此設計，使得其不僅與發射信號的頻率相匹配，還與用於過濾回波信號的過濾器的中間頻率相匹配。由此可以在一個傳感器內運行多個具有不同接收特性的接收麥克風。
[0005]由文獻DE 692 10 584 T2已知一種用於可移動機器人的超聲波測距裝置，該裝置具有發射器，用於以掃描方式在被關注的目標區域中發射具有超聲波能的射線，還具有探測器，用於選擇被反射的超聲波能(該超聲波能包括從目標區域的被傳播或發射的射線的反射波)，並具有信號處理器，用於放大通過探測器探測或檢測到的信號，其中，所述信號處理器具有附帶參考信號的相關裝置，其中，當被發射和傳播的射線在通常入射情況下被所關注的平整的參考目標表面反射時，所述參考信號表現為由探測器產生的當前信號，其中，處理器還包括計算機存儲器，用於存儲信號圖形並且在探測信號的過程中將存儲的信號圖形作為參考信號提供給相關裝置，探測到的信號是待探測目標或物體的反射波。該方法的目標是，避免錯誤的距離檢測，例如當被發射的信號在空間的拐角中被多次反射時，可能發生上述情況。
[0006]為了儘可能無錯誤地探測，應該使反射信號獲得較高的信號強度。這使得實現良好的信噪比，該信噪比最終決定探測質量。因此，根據現有技術，超聲波傳感器一般以這種方式集成在保險槓內，即在保險槓的外表面布置孔洞，發射和/或接收傳感器安裝在所述孔洞中。通常，發射裝置和接收裝置集成在共同的超聲波轉換器中，其中同一個振蕩元件即被用於發射超聲波信號，也被用於接收超聲波信號。根據現有技術在此例如已知一種超聲波轉換器，該超聲波轉換器利用壓電材料將電流轉變為機械振蕩或將機械振蕩轉變為電信號。
[0007]但是出於空氣動力學和光學原理以及製造技術的考慮，當今保險槓的表面通常被漆成與機動車其它車身部件一樣的顏色，並且不期望被穿孔。因此，由現有技術還已知一種傳感器，該傳感器從外側不可見地集成在機動車的車身部件、尤其保險槓內。該傳感器安置在外表面的後面。對此的示例可見文獻W02008/125260A1中的描述。
[0008]在這種系統中，超聲波信號穿過外表面、也即穿過設計為實體的部件，被發射到機動車的周圍環境中。對被反射的超聲波信號的探測也是再次穿過車身構件的最外側的壁板進行的。顯然，該構件不僅對發射信號也對回波信號發揮衰減作用。抵抗這種衰減的可能方式在於，提高發射功率和/或接收裝置的靈敏度。提高所發出的發射功率、也就是優化發射裝置在技術上是可行的，但是需要大量的成本耗費。批量生產的也用於非隱藏式安裝(即安裝在車身壁板或保險槓壁板的最外側的穿孔中)的超聲波轉換器，可能造成無法使用的情況，使得在機動車中使用的單件價格顯著升高。
[0009]本發明所要解決的技術問題是，使得隱蔽安裝的超聲波傳感器或超聲波轉換器可以對周圍環境進行檢測，而與用於在機動車內非隱藏式地安裝的超聲波發射裝置和/或接收裝置的周圍環境檢測方案的系統相比，無需在技術所需元件和其設計方案方面顯著提高成本和技術耗費。
[0010]根據本發明，所述技術問題通過具有權利要求1的技術特徵的周圍環境檢測裝置和具有權利要求6的技術特徵的檢測周圍環境的方法得以解決。由從屬權利要求獲得本發明的有利的設計方案。
[0011]本發明以以下考慮為基礎，改進和優化對信號的處理。對接收到的回波信號的處理的改變不會產生明顯的成本耗費，因為相對於目前所使用的用於處理回波信號的系統，電子元件的改變不會或僅會有微小的成本增加。此外，基本上還可以使用那些相同的也用於超聲波發射裝置和接收裝置的非隱蔽式安裝的硬體元件。
[0012]在一個優選實施方式中，在機動車內的周圍環境檢測裝置包括信號發生裝置，用於產生發射信號；至少一個超聲波轉換器，用於將電振蕩轉變為聲學振蕩和/或反之將聲學振蕩轉變為電振蕩；處理器，該處理器分析處理接收信號，用於獲得距在機動車的周圍環境內的對象物體的一個或多個距離，其中，所述信號發生裝置與至少一個超聲波轉換器耦連，使得所述超聲波轉換器根據電的發射信號向周圍環境發出超聲波發射信號，並且處理器與所述至少一個超聲波轉換器或者至少一個另外的超聲波轉換器相連接，用於接收電學接收信號，所述接收信號在所述至少一個超聲波轉換器或者至少一個另外的超聲波轉換器上由被反射的超聲波發射信號(回波信號)轉換而成，其中，所述至少一個超聲波轉換器和必要時所述至少一個另外的超聲波轉換器在車輛內如此材料接合地安置車身構件、即保險槓遠離周圍環境的一側上，使得在所述至少一個超聲波轉換器和必要時所述至少一個另外的超聲波轉換器與待檢測的機動車的周圍環境之間分別安置有車輛部件的封閉的、物理構造的面、尤其保險槓的壁板，並且所述處理單元包括相關單元，所述相關單元構建發射信號與接收信號之間的互相關，並且還被設計用於根據在相關情況下藉助相關函數計算得出的相關信號獲得距在周圍環境中的對象物體的一個或多個距離。
[0013]首先，在超聲波測量裝置中分別產生發射信號(現在通常為數字發射信號)，該發生信號隨後被轉換為模擬信號並且被放大，該模擬信號用於驅動執行器，該執行器又激發車輛部件使得至少局部發生振蕩，從而發出超聲波信號。所述發射信號這樣形成，使得其僅在有限的時間範圍內激發超聲波轉換器的振蕩。發射信號包括脈衝段，當發出發射信號時，超聲波轉換器在該脈衝段中被激發從而產生超聲波，發射信號還包括恆定段，超聲波轉換器不會在該恆定段被激發。因此為了與接收信號相相關，只關注發射信號的脈衝段，也就是說發射信號的這一時間段激發超聲波轉換器從而產生振蕩，並且發出超聲波發射信號。為了進行互相關，與被轉變的回波信號相應的被轉變的接收信號分別在延時τ的情況下與發射信號相乘，並且在可能的時間段T內求積分。該可能的時間段在實際操作中如此限定，即傳感器、也就是周圍環境檢測裝置重複發出發射信號。還應考慮的是，測量裝置產生包括重複的脈衝段的發射信號。因此，最大的有意義的積分時間通過這種重複循環時間、也就是連續發生的發射脈衝段之間的時間被確定。根據信號的時間延遲數值O得出互相關的相關信號:
【權利要求】
1.一種在機動車內的周圍環境檢測裝置(30)，其包括: -信號發生裝置(34)，用於產生發射信號； -至少一個超聲波轉換器(I)，用於將電振蕩轉變為聲學振蕩和/或反之將聲學振蕩轉變為電振蕩； -處理器，該處理器處理接收信號，用於獲得距在所述機動車的周圍環境內的對象物體的一個或多個距離， 其中，所述信號發生裝置(34)與所述至少一個超聲波轉換器(I)耦連，使得超聲波轉換器(I)根據電學的發射信號向周圍環境發出超聲波發射信號，並且所述處理器與所述至少一個超聲波轉換器(I)或者與至少一個另外的超聲波轉換器(I)相連接，這些超聲波轉換器(I)分別將接收到的回波信號轉變為用於所述處理器的接收信號， 其特徵在於，所述至少一個超聲波轉換器(I)和必要時所述至少一個另外的超聲波轉換器(I)分別材料接合地安置在面狀構造的車輛部件、尤其保險槓(3)的壁板(2)的遠離被監測的機動車(47)周圍環境(31)的一側上，並且通過使相應車輛部件的局部處于振蕩中，分別實施向周圍環境發射超聲波發射信號和從周圍環境接收回波信號，並且所述處理單元(48)包括相關單元(44)，所述相關單元(44)構建發射信號與接收信號的互相關，並且還被設計用於，根據在相關情況下藉助相關函數計算得出的相關信號測量距在周圍環境(31)中的對象物體(39)的一個或多個距離。
2.如權利要求1所述的周圍環境檢測裝置(30)，其特徵在於，所述發射信號包括脈衝段(35a)和不隨時間變化的恆定段(35b)，並且所述信號發生裝置(34)被設計用於，由周期性振蕩信號中的有限時間的信號段得出所述脈衝段(35a)。
3.如權利要求1或2所述的周圍環境檢測裝置(30)，其特徵在於，所述信號發生裝置(34)包括調製裝置，該調製裝置調製周期性振蕩信號，用於產生調製的發射信號。
4.如權利要求3所述的周圍環境檢測裝置(30)，其特徵在於，使用二進位信號、尤其巴克碼、金氏碼或偽隨機數作為調製信號。
5.如權利要求3或4所述的周圍環境檢測裝置(30)，其特徵在於，所述調製裝置被設計用於進行頻率調製，其中，根據調製信號實現在所述至少一個超聲波轉換器(I)的固有頻率範圍內的至少兩個頻率之間變換，以產生脈衝段(35a)。
6.一種在機動車內檢測周圍環境的方法，其包括如下步驟: -產生電學的發射信號； -將電學的發射信號轉變為超聲波發射信號； -將接收到的超聲波回波信號(40)轉變為接收信號； -分析處理所述接收信號，用於得出距在機動車的周圍環境內的對象物體的一個或多個距離， 其特徵在於，車輛部件、尤其保險槓(3)的壁板(2)在遠離待監測的周圍環境(31)的一側藉助材料接合地安置在該遠離側上的超聲波轉換器(I)被局部激發振蕩，用於將超聲波發射信號(38)穿過車輛部件發射到周圍環境(31)內，所述車輛部件在安置有所述至少一個超聲波轉換器(I)的區域內具有面向周圍環境的、封閉的、無穿孔的表面；並且被反射的超聲波回波信號使所述車輛部件或者其它車輛部件至少局部處于振蕩狀態中，所述被反射的超聲波回波信號藉助所述至少一個超聲波轉換器(I)或藉助其它的材料接合地安置在該車輛部件遠離周圍環境(31)的一側上的或安置在其它車輛部件遠離周圍環境(31)的一側上的另外的超聲波轉換器被接收，並被轉變為接收信號，其中，在處理時建立接收信號和發射信號之間的互相關，並且在此計算出相關信號，並且結合相關信號得出距對象物體的一個或多個距離。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述發射信號由脈衝段(35a)和不隨時間變化的恆定段(35b)構成，其中，所述脈衝段(35a)由周期性振蕩信號的至少一個有限時間的信號段得出或者作為該周期性振蕩信號產生。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，所述發射信號被調製。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，進行頻率調製，其中，根據調製信號在所述至少一個超聲波轉換器(I)的固有頻率範圍內的至少兩個頻率之間進行變換，用於產生所述發射信號的脈衝段(35a)，所述調製信號優選由巴克碼、金氏碼或偽隨機數表示。
10.如權利要求6至9之一所述的方法，其特徵在於，由超聲波轉換器(I)在發射所述發射信號的脈衝段時的振蕩 信號所推導出的信號被用作用於相關的發射信號。
【文檔編號】G01S7/521GK103703388SQ201280034106
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年4月30日 優先權日:2011年5月21日
【發明者】C.普勞斯, V.坦尼伯格, S.馬克斯 申請人:大眾汽車有限公司