距離測量方法和距離測量裝置的製作方法

2023-06-10 14:12:41

專利名稱：距離測量方法和距離測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種距離測量的方法。此外，本發明還涉及一種相應 的距離測量裝置，尤其是在泊車輔助裝置中使用的距離測量裝置。
背景技術：
基於本發明的問題在下面示例地用一個泊車輔助裝置來加以描述。
泊車輔助裝置尤其是由DE42 08 595A1及DE 196 45 339 Al已
公開。泊車輔助裝置基於發送出的超聲波信號脈衝的傳播時間測量來 測量相對於一個可能的障礙物的距離。如果到一個物體的確定距離小 於一個關鍵值，則發出碰撞警報。
在泊車輔助裝置中典型地使用一個電-聲信號轉換器，該信號轉 換器被同時地用於發送及接收超聲波信號脈衝。在相繼的時間窗中發 送或接收超聲波信號脈衝。這些時間窗不允許重疊，因為否則會確定 出虛假存在的物體。
在發送出超聲波信號脈衝後電-聲信號轉換器還繼續振動。該繼 續振動必需在用於接收超聲波信號脈衝的時間窗開始前充分地衰減。 否則將確定出虛假存在的物體。 電-聲信號轉換器的繼續振動衰減到一個可忽略的值的時間間隔 限制了在其範圍內泊車輔助裝置可識別出的物體的最小距離。典型地
該最小可測量的距離為10cm的範圍。這將導致到機動車的距離小於 10cm的物體及由此可出現潛在碰撞的物體不能被泊車輔助裝置檢測 到。
因此對能檢測小距離上的物體或能確定到物體的小距離的泊車 輔助裝置及相應的距離測量裝置存在極大的需求。

發明內容
本發明提出一種距離測量方法，該距離測量方法能可靠地確定到 小距離中的和大距離中的物體的距離。本發明還提出一種距離測量裝 置，藉助該距離測量裝置可實施根據本發明的方法。
根據本發明，設計了以下的方法步驟
藉助一個發送-和接收裝置產生用於回聲測量方法的聲脈衝，尤 其是超聲波脈衝；
根據發送-和接收裝置與物體之間距離的待檢測的距離範圍來調 節聲脈衝的輸出功率；
用調節好的輸出功率發送聲脈衝；並在使用用調節好的輸出功率 發送的聲脈衝的情況下，藉助回聲測量方法來確定到物體的距離。
本發明的一個擴展方案在於，適配被發送的聲脈衝的輸出功率。 該適配如下地進行，即是否要檢測在小距離上的還是在大距離上的物 體或者是否要確定到該物體的距離。
事實表明，在小輸出功率時，發送-和接收裝置的電-聲信號轉換 器的繼續振動比大輸出功率時成比例地更快地衰減。因此在用於發送 聲脈衝的一個時間窗與用於接收聲脈衝的反射信號分量的第二個時 間窗之間的時間間隔可減小。因此可確定並檢測出到物體的更小的距 離。
在一個構型中提出，這樣來調節輸出功率，使得組合的發送-和 接收裝置在發送出聲脈衝後的繼續振動在發送出的聲脈衝到物體的 傳播時間的兩倍時間之內衰減到一個閾值以下。
根據一個擴展方案，用於具有小距離的近距離範圍的輸出功率被 調節得小於用於具有大距離的遠距離範圍的輸出功率。相應的輸出功 率可作為預先確定的值存儲在一個表格中並在需要時被讀出。
在一個特別優選的構型中，首先用小輸出功率調節聲脈衝以確定 到近距離範圍中的物體的距離，然後用大輸出功率調節聲脈衝以確定 到遠距離範圍中的物體的距離。由此首先確定靠近例如一個機動車的 有潛在危險的物體，以便可避免直接的碰撞。隨著輸出功率的改變， 用於發送聲脈衝的第一時間窗與用於接收聲脈衝的反射信號分量的 第二時間窗之間的間隔也可相應於小輸出功率及大輸出功率從小的 值變化到大的值。
根據一個構型，當物體被確定為位於近距離範圍中時逐步地降低 輸出功率。在泊車時一個典型的情況是，機動車逐步地接近位於它前 面或後面的另一車輛。通過逐步地調節來連續地提升最小可檢測的距 離。


以下將示例性地藉助優選實施例及附圖來描述本發明。圖中示
出
圖1為距離測量裝置的一個實施方式的框圖，和 圖2為用於解釋距離測量的一個振幅變化圖。
具體實施例方式
以下示例性地藉助一個優選實施例及附圖來描述本發明。
圖1中表示與一個可能相撞的物體2相隔距離d的機動車l。在 該機動車l中或在其上設置有一個距離測量裝置3，該距離測量裝置 例如用於泊車輔助裝置或碰撞警報裝置。合乎目的地，該距離測量裝 置3的傳感器安裝在機動車1的保險槓或其它凸出的表面的區域中。
距離測量裝置3具有一個作為組合的發送-和接收裝置的電-聲轉 換器4。該轉換器4合乎目的地由一個膜片及一個壓電元件形式的或 電磁執行器形式的執行器構成。該轉換器一方面可將施加在該電-聲 轉換器4上的電信號轉換成聲信號。另一方面電-聲轉換器4也將到 達的聲信號或超聲波信號轉換成相應的電信號。
信號發生器5被設置用於產生電信號脈衝，該電信號脈衝通過電 -聲轉換器4被轉換成相應的聲脈衝。在信號發生器5與電-聲轉換器 4之間設置一個可被調節的放大單元6或一個可被調節的衰減單元， 在電信號被傳送到電-聲轉換器4上之前，該放大單元或衰減單元將 電信號提高或衰減到預定電平上。以此方式產生具有確定的輸出功率 或信號強度的聲脈衝。
由電-聲轉換器4發送出的聲脈衝經過長度為d的路段到達物體 2，在該物體上部分地被反射並且反射的聲脈衝分量部分地到達電-聲轉換器4。電-聲轉換器4響應該反射的聲脈衝分量而相應地產生一 個電信號。該電信號通過一個適當的線路被輸送給一個檢測裝置7。 該檢測裝置7確定出從聲脈衝的發送直到反射的聲脈衝分量輸入所 經過的聲脈衝傳播時間。在考慮聲速的情況下，可從該傳播時間中確 定出物體2到機動車1或電-聲轉換器4的距離。
信號發生器5的電信號通過放大器6的放大或衰減是可調節的。 控制裝置8通過控制信號9控制相應的放大率或衰減率。其中，當物 體2以小距離d位於機動車1或相應的電-聲轉換器4前面時，放大 率降低。
以下藉助圖2來說明當物體2靠近機動車1時，降低發送出的聲 脈衝的輸出功率的措施。在圖2中記錄了電-聲轉換器4的膜片偏移 的幅值I隨時間t的變化。在時刻to與時刻^之間通過信號發生器5 對電-聲轉換器4施加一個電壓脈衝U。由此激勵膜片並形成一個聲 脈衝IO。膜片及電-聲轉換器4的慣性將引起在通過電信號的激勵 的結束時刻t,之後，膜片還繼續振動，直到時刻t2。
聲脈衝的被物體2反射的分量在時刻13與t4之間入射到電-聲轉
換器4的膜片上。在此情況下膜片被激勵而振動。電-聲轉換器4則 將該振動轉換成一個電信號。
如果確定一個發送時間窗12和一個接收時間窗13，則因此發送
的聲脈衝10與接收的聲脈衝11是可被區分的。在發送時間窗12期 間分析處理裝置7與電-聲轉換器4去耦合，而在接收時間窗13期間 信號發生器5與電-聲轉換器4去耦合。在發送時間範圍12與接收時 間範圍13之間的時間間隔14期間既不發送也不接收。該時間間隔 14相應於時刻trt2之間的繼續振動的持續時間。由此避免由於發送 的聲脈衝的繼續振動而檢測出虛假的物體。
在時刻t,與t2之間的繼續振動的持續時間主要取決於電-聲轉換
器4的膜片振動的振幅。該振幅越大，繼續振動越顯著。與此相應地， 當電-聲轉換器4的輸出功率大時，時間間隔14必須被選擇得長些。
時間間隔14的持續時間確定了通過距離測量裝置3最小可測量 的距離。因為對於檢測靠近距離測量裝置的物體2， 一個小的發送輸 出功率就夠了，故當要檢測靠近距離測量裝置3的物體2時發送輸出 功率可減小。因此有利地使繼續振動的持續時間減小並相應地可縮短 時間間隔14。其結果是有利地實現可測量的最短距離的減小。
通過放大器6對輸出功率的調節可根據一個固定的預給定的模 式來進行。在此情況下，首先總是以聲脈衝的小發送輸出功率來檢測 物體是否位於距離測量裝置3的緊鄰附近。如果不能檢測到該物體， 則提高輸出發送功率並檢測較大距離上的物體並確定到該物體2的 距離。當距離測量裝置3新接通時，這種方案尤其具有優點。這在例 如機動車的發動機起動時進行。例如當機動車停放在兩個機動車之間 的停車位中時，在這種情況下，物體2典型地位於機動車l及距離測
檢測裝置7也可連續地確定到物體2的距離。與距離相應的控制 信號被傳送到控制裝置8上。控制裝置8將當前的距離與預給定的表 格進行比較並藉助該表格來調節最佳的輸出發送功率，其方式是控制 裝置8對放大器6進行控制。
可有利地確定兩個或三個距離範圍。相應地配置兩個或三個不同 的輸出發送功率及時間間隔14。
聲脈衝可具有一個在可聽頻率範圍中的或優選在超聲波範圍中 的載波頻率。
權利要求
1.距離測量方法，其特徵在於具有以下步驟利用發送-和接收裝置(4)產生用於回聲測量方法的聲脈衝(10)；根據發送-和接收裝置(4)與物體(2)之間的距離(d)的待檢測距離範圍來調節聲脈衝(10)的輸出功率；用調節過的輸出功率發送聲脈衝(10)；並在使用用調節過的輸出功率發送的聲脈衝(10)的情況下，藉助回聲測量方法來確定到物體(2)的距離。
2. 根據權利要求1的距離測量方法，其特徵在於這樣調節輸出 功率，使得發送-和接收裝置(4)在發送出聲脈衝(10)之後的繼續振動在發送出的聲脈衝(10)到物體(2)的傳播時間的兩倍時間之內衰減到一個閾值以下。
3. 根據權利要求1或2的距離測量方法，其特徵在於用於具有小距離的近距離範圍的輸出功率被調節得小於用於具有大距離的遠 距離範圍的輸出功率。
4. 根據權利要求3的距離測量方法，其特徵在於首先用小輸出 功率來調節聲脈衝以確定到近距離範圍中的物體(2)的距離，然後 用大輸出功率來調節聲脈衝以確定到遠距離範圍中的物體(2)的距離。
5. 根據權利要求3或4的距離測量方法，其特徵在於如果物體 (2)被確定為位於近距離範圍中，則逐步地降低輸出功率。
6. 距離測量裝置，其特徵在於具有用於產生並發送用於回聲測量方法的聲脈衝(10)的發送-和接收裝置(4);具有一個具有可被調節的放大-或衰減單元(6)的控制裝置(4，8)，用於根據發送-和接收裝置(4)與物體(2)之間的距離(d)的 待檢測的距離範圍來調節聲脈衝(10)的輸出功率；和具有一個分析處理裝置(7)，用於在使用用調節過的輸出功率發 送的聲脈衝(10)的情況下藉助回聲測量方法來確定到物體(2)的 距離。
7. 根據權利要求6的距離測量裝置，其特徵在於這樣來設置用 於調節輸出功率的控制裝置，使得該組合的發送-和接收裝置(4)在 發送出聲脈衝(10)之後的繼續振動在發送出的聲脈衝(10)到物體(2)的傳播時間的兩倍時間之內衰減到一個閾值以下。
8. 根據權利要求6至7之一的距離測量裝置，其特徵在於控制 裝置被設置用於調節用於聲脈衝的小輸出功率，該聲脈衝用於確定到 近距離範圍中的物體(2)的距離；接著調節用於聲脈衝(10)的大 輸出功率，該聲脈衝用於確定到遠距離範圍中的物體(2)的距離。
9. 泊車輔助裝置，其特徵在於具有根據權利要求8的距離測 量裝置(3)。
10. 機動車(1)，其特徵在於具有根據權利要求9的泊車輔助裝置。
全文摘要
本發明涉及一種距離測量的方法及裝置。一個組合的發送-和接收裝置4用於產生並發送用於回聲測量方法的聲脈衝。一個具有可被調節的放大-或衰減單元6的控制裝置8用於根據組合的發送-和接收裝置4與物體2之間的距離d的待檢測的距離範圍來調節聲脈衝10的輸出功率。一個分析處理裝置7用於在使用用調節過的輸出功率發送的聲脈衝10的情況下藉助回聲測量方法來確定到物體2的距離。
文檔編號G01S15/00GK101187706SQ200710192760
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月20日 優先權日2006年11月20日
發明者M·倫納 申請人:羅伯特·博世有限公司