亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：用于车辆的外部环境监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆的外部环境监测系统和一种用于确定物体距离的方法。
背景技术：
车辆的外部环境监测系统用于确定在车辆外部环境中的物体。在后部空间监测系统的情形中尤其应确定在倒车期间与处在后部空间(在车辆之后的外部环境)中的物体的可能的碰撞。为此，外部环境监测系统具有距离传感器(间隔传感器)。在传播时间测量中，距离传感器在发出时刻发出探测信号到待监测的区域中。当物体由探测信号探知时，物体将该探测信号反射回来，从而距离传感器能够在接收时刻探测到该探测信号。探测信号的传播时间可以确定为接收时刻与发出时刻的差值，从而在考虑信号速度的情形下能够确定总路程，总路程是物体与传感器的距离的两倍。此类传播时间测量尤其是利用超声波传感器和雷达传感器来进行，部分也利用光束(激光)作为探测信号来进行。依赖方向的或对角度敏感的探测目前不能利用传播时间测量来进行。例如在DE102007052977A1中提出了一种三角测量法，其中，两个超声波传感器布置在车辆的保险杠区域中的水平直线上，并且各自进行传播时间测量，从而确定两个距离信息，所述距离信息借助三角测量法能够用于确定传感器相对于车辆或外部环境监测系统的距离，其中，此类距离通常确定为相对于车辆的最小距离。DE102006002232B4也提出了一种用于通过测量两个不同位置的两个距离来确定物体位置的此类三角测量法。因此在此类三角测量法中，在已知的传感器距离(传感器之间的距离)和物体相对于两个距离传感器中的每一个的单独确定的单个距离的情形中能够确定三角形，从而物体到监测系统的距离确定为该三角形中的高。DE102007042220A1也提出了一种借助超声波传感器的此类三角测量法。根据DE4137068A1设置有一种集成的光学的多重距离传感器，其提出了一种在使用对位置敏感的二极管的情形下的光学的三角测量法。DE19507957C1提出了一种在使用红外线LED的情形下的三角测量法，其中，车道表面被扫描，以便探知行驶轨迹边界。由DE10251357A1公知一种用于设置或关闭行驶方向指示器的方法，其中，由确定的外部环境数据来确定轨迹方向变换和/或行驶方向变换，其中，除了行驶轨迹识别之外也描述了作为借助单目摄像机的红外线传感器的传播时间测量的距离测量，以及借助立体摄像机的三角测量法的距离测量。此类三角测量方法以如下为前提，S卩，每个距离传感器在大致相同的位置探知待确定的物体并且因此形成三角形。然而在较大的物体的情形中，此类通过三角测量法的确定会较复杂。此外，距离传感器中的其中一个在某些情况下不能够探测测量信号，例如当物体具有不利地分布的倾斜的表面时，因为雷达波束以及超声波受到定向的反射，其中，在不利的倾斜的平面处的反射于某些情况下不引起到距离传感器的回波。此外，如下是不利的，即，对于常规的后部空间监测系统而言通常需要的较高数量的距离传感器，在例如2.5m的商用车辆的车辆宽度的情形中通常需要六个至八个距离传感器。

发明内容
本发明基于如下任务，即，创造一种外部环境监测系统，其以相对少的耗费而使外部环境的可靠监测成为可能。该任务通过根据权利要求1的外部环境监测系统来解决。补充地，设置有一种尤其在使用此类外部环境监测系统的情形下用于确定到物体的距离的相应的方法。从属权利要求描述了优选的改进方案。因此，根据本发明进行间接测量，其中，第一距离传感器输出探测信号，而另一距离传感器在被动的工作模式中在不发送的情况下探测第一距离传感器的由物体反射的探测信号，也就是说采集间接的回波。因此，由发送的第一距离传感器发出的探测信号经过第一距离到达至物体，在该物体处反射且经过第二距离到达第二距离传感器。因此，通过该间接测量而能够在确定传播时间的情形中确定总路程，总路程表示为发送的和接收的距离传感器到物体的距离的和。优选地，在其中一个距离传感器发送和接收的常规的直接测量与根据本发明的间接测量组合起来，由此形成组合工作模式。因此，在该组合中两个距离传感器接收，其中，仅一个发送。因此实现了用于确定第一距离的直接测量和用于确定组合的总路程的间接测量，从总路程中减去所测得的第一距离就能够确定另一距离。有利地，此类组合的工作模式可以交替地进行，从而每个距离传感器交替地发送，而另一个接收。根据本发明实现了若干优点:能够附加于直接测量来进行间接测量，而没有相关的额外硬件耗费；仅距离传感器的补充的软件编程是必需的，以便距离传感器在接收的被动工作模式中能在没有自身的发送信号的情形中运行。通过间接测量能够进行三角测量法，即使两个传感器中的其中一个在某些情况下不接收直接的测量，这例如会在待探知的物体的不利分布的反射面的情形中发生。然而，在此类情况中能够通过组合工作模式来确定两个距离传感器到物体的距离并且补充地也能够确定物体的横向位置。间接的测量尤其能够附加于直接的测量来进行，以便使相互的可信度评估或错误判定成为可能。这在仅使用两个距离传感器的情形中是有益的。在此类情况中，距离传感器尤其可以安装在车辆尾部的侧区域并且具有相对较宽的发射角例如超过60度、优选近乎90度，以便相应尽可能地探知后部空间，从而使发射角的重叠区域很大。发射角尤其是向内指向，从而它们向后地探知作为重叠区域的整个后部空间。间接测量应该针对两个距离传感器在两个测量方向上原则上得出作为单个距离的和的相同的总路程，从而两个相互的间接测量也可以用于检验。根据本发明能够进行附加的工作模式或识别方法，尤其也针对如下情况，S卩，物体不对两个传感器引起回波。在此，这些附加的识别方法可包括:-半径估算，如果单个距离传感器的仅一个直接的回波被接收；-用于常规的三角测量法的直接的回波的组合；
-在仅间接测量的情况中物体距离在椭圆上的确定。此类椭圆形状原则上足以探测最小的可能的距尚;-备份功能或者附加的功率功能，其中，两个或所有距离传感器同时发送和接收，由此能实现全部发射的探测信号的叠加，以便于提高总功率。在该情况中，物体的距离虽然仅能够被估算，然而在使用多个距离传感器的情形中已得出相对靠近传感器系统的水平线的波前。因此，由此达到的总功率使物体的探知成为可能，该探知通过单独的直接测量在某些情况下是不可能的。因此，创造了一种成本低廉的系统，其附加于公知的直接测量和直接的三角测量法而使补充的工作模式和识别方法成为可能，通过它们明显地改善可靠性和探测精度或者说测量结果的可信度，而不出现对此重要的额外的硬件耗费。用于间接测量的距离传感器的同步能够通过共同的控制装置实现，控制装置对于常规的三角测量法的数据确定本来就是必需的。在此，同步信号能够经由合适的总线系统或经由星形连接件发出，因此例如可以在距离传感器与共同的控制装置之间设置有LIN总线。控制装置能够发出作为总线指令的同步信号，其中，例如所有距离传感器被寻址，并且作为参数包含有各发送的距离传感器的说明。测量信号相应地由距离传感器经由总线发给控制装置。在此类构造方案中，补充的软件耗费相对地少。


下面借助若干实施方式的附图对本发明作进一步说明。其中:图1示出了具有依据带有两个距离传感器的第一实施方式的根据本发明的外部环境监测系统的车辆和间隔测量的示意性图示；图2示出了根据本发明的测量原理和信号的示意性图示；图3示出了带有三个距离传感器的针对图1的替代的实施方案。
具体实施例方式车辆I可以例如构造成拖车或也可构造成单车。在其尾部区域2中或在其尾部区域2处安装有后部空间监测系统3，其在根据图1的实施方式中具有两个超声波距离传感器4-1、4-2和控制装置5，它们经由LIN总线6相互连接，从而后部空间监测系统形成总线系统。两个超声波距离传感器4-1和4-2布置在尾部区域2的侧向的外部区域；根据图1的俯视图，左侧的距离传感器4-1因此完全左侧地并且右侧的距离传感器4-2完全右侧地布置在车辆I的尾部区域2处。超声波传感器4-1和4-2例如以自身公知的方式具有膜片，其不仅用于发送而且用于接收超声波。然而为此备选地，超声波距离传感器4-1和4-2也可以相应地具有分开的发送装置和接收装置。在图1中示出了距离传感器4-1和4-2的发射角区域8-1和8_2，所述发射角区域探知车辆I之后的后部空间7 ;这些发射区域8-1和8-2可以例如是发射锥形，然而有利地存在大致在水平平面中的发射特征。在图2中，由第一超声波距离传感器4-1发出的超声波以9-1表示而紧接着由物体10反射的超声波以11-1表示。相应地，由第二超声波距离传感器4-2在其发射区域8-2中发出的超声波以9-2表示而紧接着由物体10反射的超声波以11-2表示。发射区域8-1和8-2相应地向后且向内地指向，从而发射区域8-1和8-2在很大程度上重叠。超声波距离传感器4-1和4-2的探知区域通常大于其发射角区域8-1和8-2，在所述探知区域内超声波距离传感器4-1和4-2能够采集反射的超声波。根据本发明直接的第一工作模式是可能的，其中，以自身公知的方式，每个距离传感器4-1或4-2主动地发出超声波9-1或9-2并且紧接着探测其反射的超声波。第一超声波距离传感器4-1在该第一工作模式中发出超声波9-1,超声波9-1部分地由物体10反射为超声波11-1，并且在时间差AT之后探测这些反射的超声波11-1。物体10与第一距离传感器4-1的距离LI可以紧接着根据传播时间测量的原理来探测:超声波9-1、11-1以超声波速度c经过路程2 XLI，从而2 X LI= Λ TX C，由此能够确定LI。距离传感器4_1将直接测量信号SI传送给控制装置5。相应地，第二超声波距离传感器4-2在直接工作模式中通过传播时间测量主动地测量其到物体10的距离L2并且将直接测量信号S2传送给控制装置5。此外，距离传感器4-1与4-2之间的距离d是已知的，从而三角形4-1、10、4_2完全已知其边L1、L2和d并且物体距离s因此作为该三角形中的高而得出，其中，高s垂直于d。因此，物体距离s的确定在控制装置5中通过借助已知的三角形4-1、10、4-2的三角测量法来实现。此外，根据本发明间接的第二工作模式是可能的，其中，距离传感器4-1和4-2采集反射的超声波11-2或11-1，所述超声波由相应另一距离传感器4-2或4-1发出:第一距离传感器4-1发出超声波9-1，而第二距离传感器4-2在不发送的情况下被动地探测由物体10反射的超声波11-1。因此，在该第二工作模式中，超声波经过从第一距离传感器4-1经由物体10到第二距离传感器4-2的总路程L1+L2。通过使距离传感器4-1和4_2同步，在第一距离传感器4-1的发出时刻与第二距离传感器4-2的接收时刻之间的时间差确定为传播时间并且以超声波速度c相应地计算总路程L1+L2。此外，第二距离传感器4-2相反同样可以主动地发出超声波9-2并且相应地第一距离传感器4-1在不发送的情况下被动地探测由物体10反射的第二超声波11-2，从而能够通过传播时间测量来确定相同的总路程L2+L1。有利地，直接和间接工作模式如下地组合，即，距离传感器例如4-1发送并且一方面在直接工作模式中自行接收，而另一距离传感器4-2被动地接收。因此，在这种组合工作模式中能够同时确定路程LI以及L1+L2。紧接着，第二距离传感器4-2在其直接工作模式中发送和接收，而第一距离传感器4-1仅被动地接收，从而能够同时测量路程L2以及L2+L1。距离传感器4-1和4-2将间接测量信号S3和S4传送给控制装置5。在这种组合工作模式中能够由每次测量的两个测量信号来确定两个路程。因此，在第一距离传感器4-1主动地发送和接收而第二距离传感器4-2仅被动地接收的第一次测量中能够直接由第一距离传感器4-1的主动的测量信号SI通过减半来确定路程LI并且该值从作为另一距离传感器4-2的被动的测量信号S4来传输的总路程L1+L2中减去:1.距离传感器4-1发送，两个距离传感器4-1和4-2接收。因此，第一距离传感器测量路程D1=L1+L1，第二距离传感器4-2测量路程D2=L1+L2 ；
2.由Dl通过减半计算LI，3.由D2和步骤2中确定的LI通过减法计算L2。因此三角形4-1、10、4_2已知，从而其高(物体10在边d上的高度)能够作为物体10相对于传感器4-1、4-2或者说车辆I的物体距离s来确定。根据图2，能够紧接着确定物体10的横向位置p，例如根据图2作为在物体10沿高s的垂直投影与第一距离传感器4-1之间的部分路程p，其中，p2+S2=Ll2。因此，物体10相对于两个距离传感器4-1和4-2以及相对于车辆尾部2 (在距离传感器4-1、4-2于车辆尾部2的位置已知的情形中)的位置是已知的。图3示出另一实施方式，其中，相对于图1的实施方式附加地设置有中间的第三超声波距离传感器4-3。在该实施方式中，两个外部的超声波距离传感器4-1和4-2的发射角区域(发射射束)8_1和8-2必要时能够略微向外转动，因为中间的区域通过补充设置的距离传感器4-3来探知。因此，这里同样能够附加地探知侧面的尾部区域。在图3的实施方式中，能够进行三个直接的距离测量。此外，间接的测量也是可能的，其中，距离传感器4-1、4-3、4-2中的一个相应交替地发送并且所有三个距离传感器4-1,4-2,4-3接收，从而得出六个间接的测量，并且路程L1+L2、L1+L3、L2+L3又相应双重地(在两个方向上)测量。因此，在该实施方式中可以建立用于确定物体距离s以及横向宽度p的较大规模的方程组。在所有实施方式中，物体10也可处在车辆I旁。物体10的该侧向位置能够根据本发明识别，其中，在该情况中距离P是负的或大于d。此类物体可以由算法直接丢弃或显示为没有阻碍。原则上会出现如下情况，即，物体10不或者说不完全地在所有方向上对称地反射超声波8-1或8-2，例如由于其材料特性或尤其是其表面的倾斜。因此，例如会在图1中出现如下情况，即，物体10不同时引起到两个距离传感器4-1和4-2的回波。例如当第一距离传感器4-1发送时，第二距离传感器4-2也许不能接收到回波或者说不能接收到反射的超声波11-1，或者相反地仅第二距离传感器4-2接收反射的超声波11-1，而发送的距离传感器4-1自身不接收。恰在该最后的情况中，在常规的第一工作模式中信号的探测也许甚至是不可能的。根据本发明，在此类的和其它的情况中能够进行附加的识别方法。这些识别方法例如是:-半径估算，如果仅一个直接的回波也就是说经由路程L1+L1或路程L2+L2被接收。因此，距离圆周或距离球体的半径对接收直接的回波的距离传感器来说是已知的；-直接测量的三角测量法，如果没有间接的回波被接收。因此，路程L1+L1和L2+L2被测量，然而没有混合项。在该情况中，由单个测量的路程LI和L2以及已知的传感器距离d得出的常规的三角测量法是可能的。-物体距离s在椭圆上的确定，如果仅间接的测量是可能的。间接的测量提供两个距离LI和L2之和L1+L2。带有该恒定的和的所有的点处在椭圆上，距离传感器4-1和4_2处在该椭圆的焦点上。这样形成椭圆原则上足以探测最小的可能的距离。-作为备份:两个距离传感器4-1和4-2同时发送和接收，以便提高发射的总信号功率。因此，能够达到由发射角区域(发射锥形)8-1和8-2 (在图3中发射角区域8-1、8-2、8-3)的重叠构成的总功率。该重叠针对较大的物体距离s较强地采用平行的波前的形状。在该模式中，物体距离s仅能够被估算；然而恰在较大的物体距离s的情形中测量精度由于未知的横向位置而不再那么重要，尤其当s相对于d非常大时。因此，较大的物体距离s的估算也是可能的。距离传感器4-1和4-2的同步有利地经由控制装置5实现，控制装置经由LIN总线6发出相应的控制信号或者说指令。因此，由控制装置5经由总线6可将同步指令Kl发送给图1的所有距离传感器4-1和4-2和图3的4-1、4-2和4_3，也就是说所有传感器被寻址，其中，同步指令Kl相应地包含用于确定发送的距离传感器的参数，并且所有距离传感器接收，紧接着它们将测量信号SI和S4或者S2和S3发送给控制装置5。根据本发明，在不同平面中的测量以及跨越不同平面的测量也是可能的。
权利要求
1.用于车辆(I)的外部环境监测系统(3)，其中，所述外部环境监测系统(3)具有: 至少两个用于通过探测信号(9-1、9-2)的传播时间测量的距离识别的距离传感器(4-1、4-2、4-3)，其中，所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)相应地构造成用于所述探测信号(9-1、9-2、11-1、11-2)的发送单元和接收单元并且在直接工作模式中相应地发出探测信号(9-1、9-2)、接收由其发出的探测信号的反射分量并且依赖于此地发出主动的测量信号(S1、S2);和 控制装置(5)，其接收所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)的测量信号(S1、S2、S3、S4)并确定探知到的物体(10)的物体距离(S)， 其特征在于，至少一个距离传感器(4-1、4-2、4-3)能附加地在间接工作模式中运行，以便探测由另外的距离传感器(4-2、4-3、4-1)发出的且由所述物体(10)反射的探测信号(11-2、11-1)以及产生间接的测量信号(S3、S4)。
2.根据权利要求1所述的外部环境监测系统(3)，其特征在于，其构造成所述车辆(I)的后部空间监测系统(3)并且布置在所述车辆(I)的尾部(2)或尾部区域，以便确定处在所述车辆(I)之后的后部空间(7)中的物体(10)相对所述后部空间监测系统(3)或相对所述车辆⑴的尾部⑵的物体距离(s)。
3.根据权利要求1或2所述的外部环境监测系统，其特征在于，所述探测信号是超声波(9-1、9-2)或雷达波或光束，它们能由所述距离传感器(4-1、4-2)发出到发射角区域(8-1、8-2)中。
4.根据权利要求3所述的外部环境监测系统(3)，其特征在于，所述距离传感器(4-1、4-2)的发射角区域(8-1、8-2)向后地且彼此相向地指向，从而它们在所述车辆⑴之后的后部空间(7)中至少在很大程度上重叠。
5.根据权利要求3或4所述的外部环境监测系统(3)，其特征在于，所述距离传感器(4-1、4-2)的发射角区域(8-1、8-2)大致处在水平平面中并且在所述平面中探测大于45度优选至少60度的角度范围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监测系统，其特征在于，所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)中的每一个都能相应地以下面的工作模式运行: 直接工作模式，其中，所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)发出探测信号(9-1、9-2)并且探测由物体(10)反射的探测信号(11-1、11_2)，以便确定作为在发出时刻与接收时刻之间的探测时间中所经过的路程的一半路程的距离(L1、L2);和 间接工作模式，其中，所述距离传感器(4-2、4-1)在不发送的情况下被动地接收由另外的距离传感器(4-1)发出的且在物体(10)处反射的探测信号(11-1)，以便作为两个距离传感器(4-2、4-1)与所述物体(10)的距离(L1、L2)确定在间接测量中的和的总路程(L1+L2)， 其中，在所述间接工作模式中所述发送的和被动的接收的距离传感器(4-1、4-2、4-3)同步，以便协调所述发出时刻和所述接收时刻，其中，能由所述控制装置(5)通过从在间接测量中确定的总路程(L1+L2)减去在直接测量中确定的距离(LI)来确定另外的距离(L2)。
7.根据权利要求6所述的外部环境监测系统，其特征在于，设置有组合工作模式，其中，第一距离传感器(4-1)在所述直接工作模式中发送和接收并且同时至少一个第二距离传感器(4-2)于所述间接工作模式中在不发送的情况下被动地接收由所述第一距离传感器(4-1)发出的探测信号(9-1)的反射(11-1)。
8.根据权利要求7所述的外部环境监测系统，其特征在于，所述组合工作模式能如下交替地实施，即，每个距离传感器(4-1、4-2)交替地发送和接收并且所述另外的距离传感器(4-2、4-1)同时仅被动地接收。
9.根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监测系统，其特征在于，能进行下面的其它工作模式中的一种或多种: -半径估算，如果仅唯一的距离传感器(4-1、4-2)在直接测量中接收反射的探测信号(11-1,11-2)； -通过直接测量的三角 测量法，尤其是在缺少间接测量的情形中在引入已知的传感器距离⑷的情况下通过确定所述距离传感器(4-1、4-2)到物体(10)的各个直接距离(L1、L2)的三角测量法； -备份工作模式，其中，多个优选所有距离传感器(4-1、4-2、4-3)同时发送和接收，以便提高发射的总信号功率和估算物体(10)与所述后部空间监测系统(3)的物体距离(s)； -在仅间接测量的情况中，在带有到所述距离传感器(4-1、4-2)的距离的相同的和的所有点的集合形成的椭圆上确定所述物体距离(S)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监测系统，其特征在于，为了所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)的同步而设置有用于将同步信号(Kl)发给所有距离传感器(4-1、4-2、4-3)的控制装置(5)。
11.根据权利要求10和根据权利要求8或9所述的外部环境监测系统，其特征在于，所述控制装置(5)与所述距离传感器(4-1、4-2、4-3)经由总线例如LIN总线(6)连接并发出用于所述组合工作模式的同步信号(Kl)， 其中，所述同步信号(Kl)对所有距离传感器(4-1、4-2、4-3)寻址并且作为参数包含在所述直接工作模式中发送的距离传感器(4-1)的说明。
12.根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监测系统，其特征在于，恰好设置有两个距离传感器(4-1、4-2)，它们安装在所述车辆的左侧的和右侧的尾部区域。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的外部环境监测系统，其特征在于，设置有三个距离传感器(4-1、4-2、4-3)，其中，第一距离传感器(4-1)安装在左侧的尾部区域，并且第二距离传感器(4-2)安装在右侧的尾部区域并且第三距离传感器(4-3)安装在所述车辆的中间的尾部区域。
14.根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监控系统，其特征在于，在多个相叠的平面中相应地设置有两个距离传感器(4-1、4-2)。
15.用于尤其在使用根据前述权利要求中任一项所述的外部环境监测系统(3)的情形下确定物体(10)的物体距离(s)的方法， 其中，至少两个距离传感器(4-1、4-2、4-3) -在直接测量中相应地发出探测信号(9-1、9-2)并且接收由其发出的探测信号的反射分量(11-1、11_2)，以及 -在间接测量中接收反射的探测信号(11_2、11-1)，所述探测信号由另一距离传感器(4-2,4-3,4-1)发出并且被所述物体(10)反射， 其中，所述物体距离(s)基于至少一次间接测量来确定。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆(1)的外部环境监测系统(3)，其中，外部环境监测系统(3)具有至少两个用于通过探测信号的传播时间测量的距离识别的距离传感器(4-1、4-2、4-3)，其中，距离传感器(4-1、4-2、4-3)相应地构造成用于探测信号的发送单元和接收单元并且在直接工作模式中相应地发出探测信号、接收由它们发出的探测信号的反射分量并且依赖于此地发出主动的测量信号；和控制装置(5)，其采集距离传感器(4-1、4-2、4-3)的测量信号并确定探知到的物体(10)的物体距离(s)。根据本发明设置如下，即，至少一个距离传感器(4-1、4-2、4-3)能附加地在间接工作模式中运行，以便探测由另一距离传感器(4-2、4-3、4-1)发出的且由物体(10)反射的探测信号以及产生间接的测量信号。
文档编号G01S15/93GK103119469SQ201180044851
公开日2013年5月22日 申请日期2011年7月30日 优先权日2010年9月17日
发明者克里斯托夫·吕金, 雷纳·里塞, 乌多·龙嫩贝格, 阿克塞尔·施滕德尔 申请人:威伯科有限公司