CN108700659A - 用于过滤机动车辆的超声波传感器的电源电压的滤波器装置、超声波传感器装置以及机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于过滤机动车辆(1)的超声波传感器(10)的电源电压(Ub)的滤波器装置(9)，其中，所述滤波器装置(9)在输入侧上电连接到提供电源电压(Ub)的电压源(8)，并且在输出侧上电连接到超声波传感器(10)。所述滤波器装置(9)包括具有电阻器(R1)和电容器(C1)的低通滤波器，其中，所述滤波器装置(9)包括二极管(D2)，其与电阻器(R1)并联连接。

Description

用于过滤机动车辆的超声波传感器的电源电压的滤波器装 置、超声波传感器装置以及机动车辆

技术领域

本发明涉及一种用于过滤机动车辆的超声波传感器的电源电压的滤波器装置，其中滤波器在输入侧上可电连接到提供电源电压的电压源，并且在输出侧上可电连接到超声波传感器，并且其中滤波器装置包括低通滤波器，其具有电阻器和电容器。此外，本发明涉及一种具有超声波传感器和这种滤波器装置的超声波传感器装置。本发明还涉及一种具有这种超声波传感器装置的机动车辆。

背景技术

在这种情况下，感兴趣的主题尤其集中在用于机动车辆的超声波传感器上。这种超声波传感器例如可以布置在车辆的保险杠上并且用于检测机动车辆周围的物体。为了能够检测物体，在发送阶段期间使用超声波传感器发射超声波信号。为此，使用适当的换能器元件(比如压电元件)将超声波传感器的振动膜片激励成振动。为了能够在发送阶段期间操作换能器元件，需要相对高的电流。在随后的评估阶段，使用超声波传感器再次接收从物体反射的超声波信号。在评估阶段期间，换能器元件不被激励。在这种情况下，超声波传感器以相对小的评估电流或工作电流操作。

超声波传感器通常由机动车辆的电压源提供电能。为了能够过滤由电压源提供的电源电压，通常使用具有低通或RC元件的滤波器装置。因此，滤波器装置包括电阻器和电容器，其中取决于电阻器和电容器的大小，获得特定的时间常数和得到的截止频率，超过该截止频率，滤波器产生显著的衰减。由于空间限制，通常不可能使用具有相对高电容的电容器。如果要达到相对较低的截止频率，则必须使用具有高电阻值的电阻器。特别是在提供高电流的发送阶段期间，这导致电阻器两端的显著电压降。

在这方面，EP0623395B1描述了一种用于衰减超声换能器的电路装置。该电路装置可用于超声换能器，该超声换能器既设计为发射器又设计为接收器。该电路装置具有发生器，该发生器设计成控制超声换能器的激活电压，使得对应于控制电压的发射的超声换能器信号的幅度根据衰减时间的指定包络曲线衰减。此外，发生器具有装置，其结果是指定的包络曲线在一段时间内最初衰减到非零电压值，然后包络曲线的电压值在特定时间段内几乎恒定。这些装置可以具有例如连接为低通滤波器的RC元件。

发明内容

本发明的目的是指出如何以简单的方式更有效地操作上述类型的超声波传感器的滤波器装置的解决方案。

根据本发明，该目的通过滤波器装置、超声波传感器装置和具有根据相应独立权利要求的特征的机动车辆来实现。本发明的有利扩展是从属权利要求、说明书和附图的主题。

根据本发明的滤波器装置用于过滤机动车辆的超声波传感器的电源电压。滤波器装置可以在输入侧上电连接到提供电源电压的电压源，并且在输出侧上电连接到超声波传感器。滤波器装置还包括低通滤波器，其具有电阻器和电容器。根据本发明提供的是，滤波器装置包括二极管，其与电阻器并联连接。

滤波器装置可用于机动车辆的超声波传感器。这种超声波传感器例如可以布置在机动车辆的保险杠上。该超声波传感器可以具有例如由铝制成的膜片，并且可以具有杯形设计。此外，超声波传感器可以具有换能器元件，例如压电元件，利用其可以将膜片或膜片的基部激励成机械振动。为了激励换能器元件，在超声波传感器的发送阶段期间需要相对高的传输电流。在随后的评估阶段，换能器元件不再被激励。在这种情况下，接收从物体反射的超声波信号，撞击膜片并将其激励成振动。然后可以用换能器元件检测膜片的这些振动。在评估阶段期间，向超声波传感器提供相对低的评估电流。例如，这用于为超声波传感器的处理装置特别是微处理器供电。

使用机动车辆的电压源提供电源电压。电压源也可用于提供电流。电压源可以是例如电池或蓄电池。电压源也可以是机动车辆的车载网络的一部分。为了滤除由电压源提供的电源电压，使用滤波器装置。特别地，滤波器装置设计成滤除高频信号分量或来自电源电压的干扰。为此，滤波器装置包括低通滤波器，其具有电阻器和与电阻器并联连接的电容器。过滤器装置可以具有输入端子，其可以电连接到机动车辆的电压源。低通滤波器的电阻与一个输入端子串联连接，低通滤波器的电容器与输入端子并联连接。另外，滤波器装置可以具有可以电连接到超声波传感器的输出端子。

然后根据本发明提供的是，滤波器装置还包括二极管，其与电阻器并联连接。通过将二极管与电阻器并联连接，特别是在高传输电流的情况下，可以将电压降限制为正向电压或者二极管正向电压或二极管钳位电压。二极管的该正向电压可以是例如0.5V或0.7V。因此，可以更有效地操作滤波器装置，特别是在超声波传感器的发送阶段期间。

优选地，二极管和/或电阻器的大小设计成使得如果在超声波传感器的发送阶段期间指定的传输电流流过滤波器装置，则二极管导通。在发射超声信号的超声波传感器的发送阶段期间，提供传输电流，其可以是例如1A。原则上，还可以提供的是，在发送期间提供脉冲传输电流。在这种情况下，二极管和/或电阻的大小设计成使得该传输电流在二极管上引起电压降导致其导通。这意味着选择电阻器的电阻值和/或二极管的正向电压，使得如果传输电流流过滤波器装置，则二极管导通。因此，电压降限于二极管的正向电压。因此，低通滤波器或RC元件的电阻在某种意义上被二极管绕过。低通滤波器几乎不再具有滤波效果，但在超声波传感器的发送阶段通常不需要此。

在另一实施例中，二极管和/或电阻器的大小设计成使得如果在超声波传感器的评估阶段期间指定的评估电流流过滤波器装置，则二极管阻塞。在超声波传感器的评估阶段期间，需要相对低的评估电流来操作超声波传感器，其例如可以是几毫安。该评估电流例如用于操作超声波传感器的处理装置或微处理器。特别是在评估阶段期间，必须从电源电压中滤除干扰。在这种情况下，二极管和/或电阻的大小设计成使得在流过滤波器装置的评估电流的情况下，二极管不导通。这意味着评估电流基本上流过低通滤波器的电阻器。在这种情况下，与电阻器并联连接的二极管因此是高电阻的。这意味着低通滤波器的时间常数由电阻定义。因此，可以可靠地过滤评估阶段期间的电源电压。

因此总之，提供了一种滤波器装置，其可动态地适应超声波传感器的操作状态—换句话说是发送阶段或评估阶段。这是使用二极管实现的，二极管与电阻并联连接。这意味着可以以节省空间且成本有效的方式提供滤波器装置。

在另一实施例中，滤波器装置包括与电阻器串联连接的附加二极管。与电阻器串联电连接的附加二极管可以提供反极性保护。如果连接不正确，可以防止损坏超声波传感器。

在另一实施例中，滤波器装置具有至少一个附加电容器，其与低通滤波器的电容器并联连接。例如，可以提供的是，滤波器装置具有两个附加电容器，它们与低通滤波器的电容器并联连接。这些附加电容器特别用作超声波传感器的处理器装置或微处理器的能量存储器。这可用于确保为处理器装置提供所需的电压。

根据本发明的用于机动车辆的超声波传感器装置包括超声波传感器和根据本发明的滤波器装置。还可以提供的是，滤波器装置的输入端子电连接到机动车辆的电压源，比如电池或车载网络。滤波器装置的输出端子也可以电连接到超声波传感器。

根据本发明的机动车辆包括至少一个根据本发明的超声波传感器装置。还可以提供的是，机动车辆具有多个超声波传感器装置。在这种情况下，超声波传感器装置的各个超声波传感器可以在保险杠的区域中分布在机动车辆上。特别地，机动车辆设计为乘用车。

关于根据本发明的滤波器装置给出的优选实施例及其优点适用于根据本发明的超声波传感器装置和根据本发明的机动车辆。

本发明的附加特征由权利要求、附图以及附图的描述产生。在以上描述中引用的特征和特征组合以及在下面的附图的描述中引用的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅适用于所指示的相应组合，而且适用于其他组合或单独地，而不脱离本发明的范围。因此，本发明的这些实施例也被认为包括和公开未在附图中明确示出或解释的，而且从由单独的特征组合描述的实施例中产生并且可以从其生成。实施例和特征的组合也被认为是公开的，因此不具有最初构制的独立权利要求的所有特征。

附图说明

现在将基于优选的示例性实施例并参考附图更详细地描述本发明。

这些示出了：

图1是根据本发明一实施例的机动车辆，其具有多个超声波传感器装置；

图2是超声波传感器装置的示意图，其连接到机动车辆的电压源；

图3是根据现有技术的超声波传感器装置的滤波器装置的电路；以及

图4是根据本发明实施例的滤波器装置的电路。

在各个图中，相同和功能等同的元件由相同的参考标记表示。

具体实施方式

图1以平面图示出了根据本发明一实施例的机动车辆1。在当前情况下，机动车辆1设计为乘用车。机动车辆1包括驾驶员辅助系统2，驾驶员辅助系统2又包括控制装置3。驾驶员辅助系统2另外包括至少一个超声波传感器装置4。在当前情况下，驾驶员辅助系统2包括八个超声波传感器装置4，其中四个超声波传感器装置4布置在机动车辆1的前部5，四个超声波传感器装置4布置在机动车辆1的后部6。如下面更详细地说明，每个超声波传感器装置4包括一个超声波传感器10，利用其可以检测机动车辆的周围区域7中的物体。在这方面，超声波传感器10可以布置在机动车辆1的保险杠上。相应的超声波传感器装置4可以通过控制装置3来控制。

机动车辆1还包括电压源8，该电压源例如由机动车辆1的电能存储器提供。机动车辆1的这种电能存储器例如可以是机动车辆1的电池或车载电源。各个超声波传感器装置4电连接到电压源8。超声波传感器装置4或超声波传感器10在工作时由电压源8供给电能。

图2示出了超声波传感器装置4的示意图，其电连接到电压源8。电压源8提供电源电压Ub。超声波传感器装置4包括滤波器装置9，其用于过滤该电源电压Ub。滤波器装置9在输入侧上连接到电压源8。在输出侧上，滤波器装置9连接到超声波传感器10。在滤波器装置9的输出端，存在滤波后的电源电压Uf。该滤波后的电源电压Uf用于为超声波传感器10供电。

一方面，超声波传感器10用于在发送阶段期间发射超声波信号。在随后的评估阶段中，通过超声波传感器10再次接收从物体反射的超声波信号。超声波传感器10包括膜片，该膜片借助于相应的换能器元件被激励成机械振动。为了操作换能器元件，在发送阶段期间提供传输电流，其可以是例如1A。在随后的评估阶段，不操作换能器元件。这里，利用电压源8提供评估电流Ia，利用该评估电流Ia操作超声波传感器10，特别是超声波传感器10的处理单元或微处理器。在评估阶段期间，通过换能器元件，检测到撞击膜片并将其激励成振动的反射的超声信号。特别是在超声波传感器10的评估阶段期间，必须从电源电压Ub中滤除干扰，以便能够可靠地检测反射的超声信号。

图3示出了根据现有技术的滤波器装置9的电路。该电路具有输入端子，在该输入端子处施加电压源8的电源电压Ub。此外，滤波器装置9包括低通滤波器或RC元件。该低通滤波器包括电阻器R1和电容器C1。电容器C1与输入端子并联连接且与电阻器R1并联连接。根据电阻器R1的电阻值和电容器C1的电容，获得特定的时间常数τ＝R1*C1。低通滤波器的截止频率fc由下式给出：fc＝1/2*π*τ。

由于空间限制，电容器C1的电容不能选择为任意大。例如，电容器C1的电容可以是100nF。如果电阻器R1具有100欧姆的电阻，则获得6.8毫秒的时间常数和24Hz的截止频率。如果在发送阶段期间1A的传输电流Is流过电阻器，则这导致电阻器R1上的电压降为100V。

为了防止电阻器R1上的这种显著的电压降，可以选择电阻器R1的电阻值非常小。例如，如果电阻器R1的电阻值是0.5欧姆，则这导致10μs的时间常数和16kHz的截止频率。对于1A的传输电流Is，这将导致0.5V的电压降。在这种情况下，在电阻器R1两端获得小的电压降。然而，这意味着对于电容器C1的恒定电容，低通滤波器的截止频率fc非常快速地增加，使得滤波器的效果显著降低。滤波器装置9还包括二极管D1，其与电阻器R1串联连接。该二极管D1用于反极性保护。此外，滤波器装置包括附加电容器C2和C3。电容器C2和C3的电容均可为10μF。这些电容器C2和C3用作超声波传感器10的处理器装置或微处理器的能量存储器。

图4示出了根据本发明一实施例的滤波器装置9的电路。与根据图3的电路相比，滤波器装置9另外包括二极管D2，其与电阻器R1并联连接。通过将二极管D2与电阻器R1并联连接，当施加高传输电流Is时，电压降被限制为正向电压Ud或二极管钳位电压。二极管D2的正向电压Ud可以是例如0.5V。如果在发送阶段期间提供传输电流，则低通滤波器几乎没有效果，但是在超声波传感器10的发送阶段期间不需要这样做。在评估阶段期间，评估电流Ia流过低通滤波器，二极管D2具有高电阻，因此滤波器时间常数现在由电阻器R1限定。这个相当较高的值导致更好的滤波效果。

电阻器R1的大小必须使得在评估电流Ia或工作电流下，二极管D2具有高电阻。必须满足以下条件：R1*Ia<Ud。如果电阻器R1具有100欧姆的电阻，则对于100nF的电容器C1的电容，这导致截止频率为24Hz。如果提供等于1A的传输电流，则这导致二极管D2上的电压降等于正向电压Ud，其可以是例如0.5V。对于评估阶段，评估电流受制于约束Ia<Ud/R1。即使假设正向电压Ud为0.4V，对于评估电流Ia或工作电流也可获得4mA的容许电流。在这样的电流下，可以实现低通滤波器或RC元件的全部效果。同时，在发送阶段期间，提供传输电流Is而没有过度的电压降。还可以提供的是，在发送阶段期间提供脉冲电流Is。利用该电路或该滤波器装置，因此对于发送阶段可以具有高脉冲电流，而在具有低评估电流Ia的后续评估阶段中，仍然可以实现低通滤波器的有利滤波效果。因此，滤波器装置9可以整体用于提供动态电源电压滤波器。

Claims (8)

1.一种用于过滤机动车辆(1)的超声波传感器(10)的电源电压(Ub)的滤波器装置(9)，其中，所述滤波器装置(9)在输入侧上电连接到提供电源电压(Ub)的电压源(8)，并且在输出侧上电连接到超声波传感器(10)，并且其中，所述滤波器装置(9)包括具有电阻器(R1)和电容器(C1)的低通滤波器，

其特征在于，

所述滤波器装置(9)包括二极管(D2)，其与电阻器(R1)并联连接。

2.根据权利要求1所述的滤波器装置(9)，

其特征在于，

所述二极管(D2)和/或电阻器(R1)的大小设计成使得，如果指定的传输电流(Is)在超声波传感器(10)的发送阶段期间流过滤波器装置(9)，则二极管(D2)导通。

3.根据权利要求1或2所述的滤波器装置(9)，

其特征在于，

所述二极管(D2)和/或电阻器(R1)的大小设计成使得，如果指定的评估电流(Ia)在超声波传感器(10)的评估阶段期间流过滤波器装置(9)，则二极管(D2)不导通。

4.根据权利要求3所述的滤波器装置(9)，

其特征在于，

所述二极管(D2)和/或电阻器(R1)的大小设计成使得电阻器(R1)的电阻值小于二极管(D2)的正向电压(Ud)和评估电流(Ia)的商。

5.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器装置(9)，

其特征在于，

所述滤波器装置(9)包括附加二极管(D1)，其与低通滤波器的电阻器(R1)串联连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器装置(9)，

其特征在于，

所述滤波器装置(9)具有至少一个附加电容器(C2、C3)，其与低通滤波器的电容器(C1)并联连接。

7.一种用于机动车辆(1)的超声波传感器装置(4)，其具有超声波传感器(10)和根据前述权利要求中任一项所述的滤波器装置(9)。

8.一种机动车辆(1)，其具有至少一个根据权利要求7所述的超声波传感器装置(4)。