用于基于回声的环境检测的联网声学传感器单元的制作方法

1.本发明涉及一种用于基于回声的环境检测的声学传感器单元和一种用于基于回声的环境检测的相关系统。


背景技术：

2.当前的超声传感器是通过中央电子控制单元(也称为ecu)进行操控的。为此，传感器系统的超声传感器中的每个超声传感器分别通过属于超声传感器的一个线缆束与中央电子控制单元连接。然而，这导致用于对超声传感器进行布线的开销很大。在例如12个超声传感器布置在车辆上的传感器系统中，通常需要70m导线，以便将超声传感器与中央电子控制单元连接。由此产生的长传导路径导致，包括超声传感器的系统通常具有缓慢的反应时间，这一方面由必要的信号传播时间导致，另一方面由中央控制单元的反应时间导致。


技术实现要素：

3.根据本发明的用于基于回声的环境检测的声学传感器单元包括：发送单元，该发送单元设置用于发射声学信号；通信接口；和控制电子设备，该控制电子设备设置用于，通过通信接口输出信号以便将信息发送到另外的声学传感器单元，并且通过通信接口从另外的声学传感器单元接收信号。
4.因此，声学传感器单元设置用于，将信号直接发送到另外的声学传感器单元，而不通过中央电子控制单元发送信号。因此实现能够与其他声学传感器单元直接通信的声学传感器单元。由此缩短信号传播时间并且能够降低布线开销。如此，尤其是在传感器系统中不必要的是：声学传感器单元通过自己的线束(leitungsstrang)与中央电子控制单元连接。
5.声学传感器单元尤其是超声传感器。因此，声学信号优选为超声信号。通信接口是使得声学传感器单元能够发送和接收电信号的接口。为此，通信接口优选地与电导体连接，通过该电导体传导信号。该信号在此是通信信号。
6.控制电子设备优选地是专用集成电路，简称asic。通信接口优选地集成到控制电子设备中。另外的声学传感器单元是优选与声学传感器单元结构相同的传感器单元。
7.因此，通过声学传感器单元使得能够实现两个声学传感器单元之间的通信。因此不必要的是：中央电子控制单元控制各个声学传感器单元的同步或者还合并各个声学传感器单元的信号。
8.从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。
9.优选地，控制电子设备设置用于：通过通信接口输出控制信号，以便操控另外的声学传感器单元提供以下传感器信息，所述传感器信息描述当声学信号由另外的声学传感器单元接收时该声学信号的特性；通过通信接口接收传感器信息；基于所发射的声学信号的特性和传感器信息产生对象信息，该对象信息描述声学信号在其上反射的对象的特性；并且通过通信接口发射对象信息。因此，声学传感器单元适用于控制基于回声的环境检测。如此，控制信号尤其适用于操控另外的声学传感器单元以接收由发送单元发射的声学信号。
声学信号通常在对象上反射之后被反射到另外的传感器单元，由此可以通过由声学传感器单元发射声学信号并由另外的声学传感器单元接收声学信号来进行基于回声的环境检测。
10.控制信号优选包括与声学信号的发送时间或调制有关的信息。传感器信息描述当声学信号由另外的声学传感器单元接收时该声学信号的特性。该特性可以是声学信号的任何特性，尤其是由发送单元发送与由另外的声学传感器接收之间的信号传播时间，当声学信号由另外的声学传感器单元接收时该声学信号的频率或频率变化过程，或当声学信号由另外的声学传感器单元接收时该声学信号的信号强度。
11.传感器信息由声学传感器单元接收并由控制电子设备处理。由此产生对象信息，该对象信息描述在声学信号由另外的声学传感器单元接收之前该声学信号在其上反射的对象的特性。如此，例如声学传感器单元与对象之间的间距由控制电子设备计算，并被提供为对象信息。优选地，控制电子设备为此使用更多信息。如此，在控制电子设备中优选存储有与另外的声学传感器单元的位置有关的信息，并且基于所保存的、另外的声学传感器单元的位置来计算对象信息。
12.进一步优选地，声学传感器单元设置用于：将控制信号发送到多个另外的声学传感器单元，分别从多个另外的声学传感器单元接收相关的传感器信息，并且基于多个另外的声学传感器单元的传感器信息产生对象信息。
13.对象信息尤其是对象相对于声学传感器单元的位姿(lage)、对象与声学传感器单元的间距或对象相对于声学传感器单元的相对速度。进一步优选地，对象信息包括与对象相关的特性，其描述例如对象的结构。通过通信接口发射、即提供对象信息。因此，由声学传感器单元不仅输出传感器信息，而且在声学传感器单元中进行信号处理。因此可以阻止不必要的信号传播时间并且可以快速地提供对象信息。
14.进一步优选地，声学传感器单元设置用于：响应于通过通信接口接收的开始信号而通过发送单元发射声学信号；通过通信接口输出控制信号；通过通信接口接收传感器信息；产生对象信息并通过通信接口发送对象信息。因此可以通过通信接口触发单个测量周期以用于产生对象信息。因此可以避免不必要的、用于产生对象信息的测量过程，其中，尤其仅在需要时才提供对象信息。
15.同样有利的是，通信接口提供向声学传感器单元提供电压供应的电力线通信(powerline
‑
kommunikation)。如此，通信接口尤其具有仅两个连接触点，通过这两个连接触点，既可以进行电压供应，也可以进行信号的至通信接口或从通信接口的传输。可选地，通信接口具有附加的接地连接。因此进一步降低使用该声学传感器单元时所需的布线开销。
16.同样有利的是，通信接口是网络接口。在此，通信接口尤其是以太网接口。这意味着，通信接口支持网络协议。如此，通信接口尤其支持100
‑
base
‑
t1或1000
‑
base
‑
t1协议。因此提供具有足够的速度来与另外的声学传感器单元通信的通信接口。同时，可以在信号路由中使用商业上通用的部件。
17.优选地，通信接口是电力线通信接口，其中，该通信接口支持网络协议。借助该通信接口，在此优选地将网络信号转换成电力线通信，其中，通过电力线通信传输的信号优选地包括相应于相关网络协议所需的所有信息。如此，例如可能的是：声学传感器单元仅通过电力线通信与网络连接，其中，在这种系统中，优选地在网络节点上将由声学传感器单元通
过电力线通信发射的信号再次转换成网络节点的设置用于网络节点的连接部上的、由网络节点支持的网络信号。因此，声学传感器单元需要特别低的布线开销，其中，同时可以使用网络节点的经过考验的信号路由。
18.同样有利的是，控制单元设置用于：将通过通信接口发射的这些信息与寻址信息一起发送，和/或通过通信接口接收具有与声学传感器单元相关的寻址信息的这些信息。因此能够实现：声学传感器单元可以有针对性地将信息发送给所选择的另外的声学传感器单元，或者可以有针对性地接收对该声学传感器单元进行寻址的信息。如此，例如可以实现：通过声学传感器单元，借助控制信号，仅激励所选择的另外的声学传感器单元将传感器信息发送到声学传感器单元。
19.进一步优选地，控制单元还基于描述另外的声学传感器相对于声学传感器单元的布置的布置信息产生对象信息，其中，布置信息优选地通过通信接口接收。在此，布置信息要么从另外的声学传感器单元要么从中央控制单元传输到声学传感器单元。在此，优选地，在控制电子设备中存储有另外的声学传感器单元相对于声学传感器单元的可能布置，并且通过布置信息从可能的布置中进行选择，以便选择另外的声学传感器单元相对于声学传感器单元的实际布置。这种布置信息使得能够特别精准地计算对象信息。如此，尤其能够实现几何计算，其基于另外的声学传感器单元相对于声学传感器单元的布置、尤其是基于声学传感器单元和另外的声学传感器单元在车辆上的位置来实施。
20.同样有利的是，发送单元设置用于接收另外的声学传感器单元的声学信号，并且控制电子设备设置用于通过通信接口接收另外的声学传感器单元的控制信号，并响应于控制信号的接收，基于所接收的、另外的声学传感器单元的声学信号而产生传感器信息，所述传感器信息描述由声学传感器单元接收的、先前由另外的声学传感器单元发射的声学信号的特性。在此，控制电子设备还优选地设置用于通过通信接口发射传感器信息。因此，声学传感器单元优选地设置用于提供以下相同的功能：该相同的功能也由另外的声学传感器单元提供。因此，声学传感器单元和另外的声学传感器单元优选地结构相同地实施。相应地，用于产生对象信息的测量过程也可以由另外的声学传感器单元控制，其中，由声学传感器单元为另外的声学传感器单元提供传感器信息。
21.根据本发明的传感器系统包括至少两个根据以上权利要求中任一项所述的声学传感器单元，其中，该传感器系统还包括中央控制单元，该中央控制单元设置用于接收声学传感器单元的对象信息。在此，开始信号尤其优选由中央控制单元提供并且发送到声学传感器单元之一。因此，通过中央控制单元提供另外的单元，通过该另外的单元，例如基于由声学传感器单元提供的对象信息执行进一步的计算。因此，开销高且复杂的计算不必由声学传感器单元中的每个单个声学传感器单元实施，而是可以集中计算。
22.优选地，声学传感器单元通过总线或网络节点连接。在此，网络节点优选地是集线器(hub)或交换机(switch)。集线器或交换机在此还优选地包括转换器，该转换器将由声学传感器单元使用的电力线通信转换成由交换机或集线器支持的通信信号。优选地，向声学传感器单元中的每个分配一个网络地址或一个总线地址。
附图说明
23.下面参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中：
24.图1是根据本发明的一种实施方式的声学传感器单元，
25.图2是支持电力线通信的通信接口的示意图，
26.图3是根据本发明的一种实施方式的传感器系统的图示，
27.图4是由声学传感器单元控制的测量周期的第一步骤的示意图，并且
28.图5是由声学传感器单元控制的测量周期的第二步骤。
具体实施方式
29.图1示出根据本发明的实施方式的用于基于回声的环境检测的声学传感器单元10。声学传感器单元10包括发送单元11、通信接口12和控制电子设备13。控制电子设备13在此是集成电路。通信接口12集成到集成电路中并且因此集成到控制电子设备13中。
30.发送单元11设置成，当其由控制电子设备13为此激励时发射声学信号100。声学信号100例如是超声信号。发送单元11是电声转换器。
31.控制电子设备13设置成，通过通信接口12输出信号，以便将信息发送到另外的声学传感器单元20、30，并且通过通信接口从另外的声学传感器单元20、30接收信号。这意味着，声学传感器单元10设置用于与另外的声学传感器单元20、30通信。
32.通过通信接口12提供电力线通信。在此，通过通信接口12提供用于声学传感器单元10的电压供应。示例性的通信接口12在图2中示出。在此，通信接口12在图2中与另外的通信接口50连接，通过该通信接口提供电力线通信的供应电压。尤其网络节点40或中央控制单元60包括该另外的通信接口50。因此，可选地，在另外的通信接口50与声学传感器单元10的通信接口12之间还可以耦合另外的声学传感器单元20、30。
33.在图2中示出的通信接口12具有输入连接部14，该输入连接部具有第一极和第二极。可选地，通信接口12具有第三连接部，通信接口12或声学传感器单元10通过该第三连接部接到地线上。输入连接部的第一极和第二极分别通过电感与电压供应单元16耦合。通过电压供应单元16，将通过输入连接部14提供的电压、尤其是具有经调制(aufmoduliert)的信号的直流电压转换成供应电压，该供应电压又作为供应电压提供给声学传感器单元10的电子部件。声学传感器单元10的电子部件在图1中示为负载17。负载17在此尤其包括控制电子设备13和发送单元11。
34.在所描述的示例中，由另外的通信接口50输出直流电压，信号调制到该直流电压上。为了将信号从供应电压去耦，通信接口12包括电感耦合元件15，在该电感耦合元件中，输入线圈与输出线圈电感地耦合。输入线圈的每个连接部分别通过一个电容分别与输入连接部14的一个极耦合。因此，仅调制到直流电压上的信号通过电感耦合元件15传输至与输出线圈的连接部耦合的发送和接收电子设备19。该信号分量是通过通信接口12接收、用于与另外的声学传感器单元20、30或与控制单元60通信的信号。相反，通过发送和接收电子设备19也可以将信号调制到施加在输入连接部14上的直流电压上，以便将信号发送到中央控制单元60或另外的声学传感器单元20、30。
35.另外的通信接口50的结构基本上对应于通信接口12的结构。然而，在此，在电压供应单元16的位置上布置电压馈送单元52。电压馈送单元52与外部电压供应耦合并且由该外部电压供应例如以12v直流电压进行供应。通过电压馈送单元52，通过另外的通信接口50的输出连接部51提供设置用于声学传感器单元10的供应电压，该输出连接部与通信接口12的
输入连接部14的两个极耦合。此外，通过电压馈送单元52还为中央控制单元60的或网络节点40的电子设备53供应运行电压。相应于通信接口12的发送和接收电子设备19，也在另外的通信接口50中布置发送和接收电子设备54，其使得网络节点40或中央控制单元60能够将期望的信号调制到供应电压上。如此，通过输出连接部51的极提供(例如12v的)例如直流电压，其中，借助另外的通信接口50的发送和接收电子设备54以及另外的通信接口50的电感耦合单元55将待发送到声学传感器单元10上的信号调制到该直流电压上。以相应的方式，由另外的通信接口50的发送和接收电子设备54也可以接收由声学传感器单元10借助通信接口12调制到直流电压上的信号。
36.通信接口12在此尤其也是网络接口。在此，通信接口12尤其通过网络节点40与中央控制单元60连接以及与另外的声学传感器单元20、30连接。网络节点40尤其是与中央控制单元60耦合的交换机或集线器。
37.在图3中示出根据本发明的一种实施方式的传感器系统200。传感器系统200在此包括多个声学传感器单元10、20、30，在图3中示例性示出其中六个声学传感器单元。多个声学传感器单元中的一个传感器单元是声学传感器单元10。除了声学传感器单元10之外，传感器系统200还包括第一另外的声学传感器单元20和第二另外的声学传感器单元30。声学传感器单元10、20、30中的每个与网络节点40连接。网络节点40还与中央控制单元60连接。在该示例性的实施方式中，网络节点40是集线器。这意味着，从声学传感器单元10通过通信接口12发送至集线器的每个信号由该集线器40进一步传递给另外的声学传感器单元20、30中的每个并且还进一步传递给中央控制单元60。
38.因此，通过声学传感器单元10、20、30、网络节点40和中央控制单元60实现网络。为了能够在该网络中实现声学传感器单元10、20、30和中央控制单元60的寻址，将由控制单元13通过通信接口12发射的这些信息与寻址信息一起发送。如此，寻址信息尤其是网络地址。声学传感器单元10、20、30和中央控制单元60中的每个分配有这样的网络地址。因此，可以将由声学传感器单元10发射的信息有针对性地发送到另外的声学传感器单元20、30之一或发送到中央控制单元60。相应地，声学传感器单元10也分配有寻址信息，这意味着，声学传感器单元10具有自己的网络地址。声学传感器单元10通过通信接口12接收以下信息：所述信息具有与声学传感器单元10相关的寻址信息。在此，基本上使用从用于自动化应用的以太网协议中已知的协议。示例性协议是用于100base
‑
t1或1000base
‑
t1的协议。因此提供足够的带宽。通过该协议与电力线通信(也称为数据线供电，podl，power
‑
over
‑
data
‑
line)的组合使得能够分别通过双绞线电缆(twisted
‑
pair
‑
kabel)为声学传感器单元10、20、30供应一个供应电压，并且声学传感器单元10、20、30同样能够通过所述电缆与其余网络进行通信。通过电力线通信，尤其为声学传感器单元10提供具有12伏直流电压的供应，其中，该供应尤其是5瓦供应。
39.声学传感器单元10适用于控制由声学传感器单元10和另外的声学传感器单元20、30实施的测量周期。在该测量周期之后，通过通信接口12发射对象信息，其中，优选地将对象信息发送到中央控制单元60。这种测量周期的两个步骤在图4和图5中示出。
40.测量周期通过以下方式开始：由中央控制单元60将开始信号发送至声学传感器单元10。如果该开始信号由声学传感器单元10接收，则由控制电子设备13激励发送单元11以发射声学信号100。声学信号100在此是超声信号。同时，由控制电子设备13通过通信接口12
输出控制信号，以便操控第一和第二另外的声学传感器单元20、30提供传感器信息，该传感器信息描述当声学信号由相应的另外的声学传感器单元20、30接收时声学信号100的特性。所述步骤在图4中示出。在此，以下是没有必要的：网络的所有声学传感器单元均提供传感器信息并将其传递至声学传感器单元10。由于可以实现网络的各个声学传感器单元的寻址以及因此另外的声学传感器单元20、30的寻址，因此可以通过声学传感器单元10有针对性地选择：网络的以及因此传感器系统200的声学传感器单元中的哪个声学传感器单元提供传感器信息。
41.如此，例如由另外的声学传感器单元20、30分别求取声学信号100的信号传播时间并且将其作为传感器信息传递给声学传感器单元10。可选地，基于控制信号的发送时刻求取信号传播时间。由控制电子设备30通过通信接口12接收信号传播时间作为传感器信息。需要指出的是，在此仅选择信号传播时间作为示例性的传感器信息。替代地或附加地，通过通信接口12还可以从另外的声学传感器单元20、30接收其他传感器信息。其他示例性的传感器信息是声学信号100在其接收时的信号强度、接收方向和信号频率。
42.基于所发射的声学信号100的特性以及基于传感器信息，产生对象信息，该对象信息描述声学信号100在其上反射的对象110的特性。如此，所发射的声学信号的特性例如是发射该声学信号100的发送时刻。传感器信息例如是声学信号100的信号传播时间或者也仅是声学信号100在另外的声学传感器单元20、30上的接收时刻。如此，传感器信息优选包括所发射的声学信号100的特性。对象信息基于由另外的声学传感器单元20、30提供给控制电子设备13的传感器信息来计算，并且优选基于通过发送单元11提供给控制电子设备的这些信息来计算。如此，发送单元11优选地还适用于接收该发送单元先前发射的声学信号100的回声。声学传感器单元10因此优选也适用于独立地实施基于回声的环境检测，其中，通过发送单元11发射声学信号100并接收声学信号100的回声，并且例如基于声学信号100的传播时间推断出声学信号100在其上反射的对象110的特性。可以进一步准确说明该对象信息，其方式为：考虑通过通信接口12从另外的声学传感器单元20、30接收的传感器信息。如此，例如基于从声学传感器单元10出发的、到达另外的声学传感器单元20、30的信号传播时间和到达声学传感器单元10的信号传播时间，能够推断出对象110相对于声学传感器单元10的位姿。如此，例如可以基于不同的信号传播时间进行三角测量。因此，对象信息优选为对象110相对于声学传感器单元10的位置。
43.为此，有利地是，控制单元13基于描述另外的声学传感器单元20、30相对于声学传感器单元1的布置的布置信息来产生对象信息。这意味着，控制电子设备13优选地已知另外的声学传感器单元20、30的布置。因此，可以基于几何计算来计算对象110相对于声学传感器单元10的位姿。布置信息在此保存在控制电子设备13中或者同样通过通信接口12接收。布置信息优选地由中央控制单元60提供给控制电子设备13。
44.需要指出的是，对象信息不一定描述对象110的位姿。替代地，对象信息描述对象至声学传感器单元10的间距、对象110的表面特性或对象110相对于声学传感器单元10的相对速度。
45.如果对象信息已由控制电子设备13产生、即计算出，则将对象信息通过通信接口12发射。该步骤在图5中示出。优选地将对象信息发送到中央控制单元60。然而，对象信息也可以提供给传感器系统200的其他声学传感器单元，以便使得其他声学传感器单元能够进
一步有利地计算附加的对象信息。
46.因此得出，声学传感器单元10响应于开始信号的接收而通过发送单元11发射声学信号100，通过通信接口12输出控制信号，通过通信接口12接收传感器信息，产生对象信息，并且通过通信接口12发送对象信息。因此，由声学传感器单元10仅接收单个的信号并且响应于该信号提供对象信息，该对象信息已经描述对象的特性并且不仅限于传感器信息。相应的信号处理通过声学传感器单元10进行，并且因此不再由中央控制单元60实施。
47.传感器系统的声学传感器单元10、20、30是结构相同的声学传感器单元。这意味着，取决于将开始信号发送给声学传感器单元10、20、30中的哪个，通过相应的传感器单元10、20、30控制测量周期。因此，声学传感器单元10也设置用于接收另外的声学传感器单元20、30的声学信号，并且控制电子设备13还设置用于通过通信接口12接收另外的声学传感器单元20、30的控制信号，并且响应于控制信号的接收，基于所接收的声学信号100，为另外的声学传感器单元20、30产生描述所接收的声学信号的特性的传感器信息，并且通过通信接口12发射传感器信息。因此，通过根据本发明的传感器系统使得能够实现如下：仅需开始信号，并且通过声学传感器单元10、20、30之一实施并且协调相关的测量周期。在此，优选地考虑定义各个声学传感器单元10、20、30的布置的坐标。
48.在本发明的其他优选实施方式中，通过声学传感器单元10有针对性地从其他声学传感器单元20、30获得信息，以便能够实现对象辨识。如此，例如可以在其他测量周期中有针对性地操控另外的声学传感器单元20、30或有针对性地操控其他声学传感器单元以提供传感器信息。因此也可以基于多个测量周期产生对象信息。因此也可以进行由声学传感器单元10控制的对象辨识。因此，优选地，由中央控制单元60仅通过开始信号将对对象辨识的请求(anfrage)发送给声学传感器单元10，并且由声学传感器单元10提供基于对象类型化或对象坐标识别出的对象作为对象信息。然而，这并不排除由中央控制单元60基于其他传感器信息进一步的对象信息的处理，其他传感器信息例如通过其他传感器系统(例如环境摄像机)提供。可选地，这种其他传感器系统同样通过网络节点40与中央控制单元60耦合。
49.通常，发射声学信号100的声学传感器单元10因此优选地负责对象检测。声学传感器单元10基于布置信息能够识别出，另外的声学传感器单元20、30中的哪个可以提供对于对象110的扫描所需的传感器信息。相应地，这些传感器信息由另外的声学传感器单元20、30请求，并且，由另外的声学传感器单元20、30接收的回声被提供给声学传感器单元10。一旦声学传感器单元10和另外的声学传感器单元20、30的所有信息进入(eingeflossen)待产生的对象信息中，就提供对象信息。
50.在替代的实施方式中，声学传感器单元10、20、30通过总线系统彼此连接。在这种情况下，不再需要网络节点40。因此能够实现传感器系统的特别简单的构造。
51.除了上述公开之外，还明确参考图1至图5的公开。