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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Sensormodul
zum Messen des Abstandes zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis
mit Hilfe einer an dem Fahrzeug angebrachten Ultraschallwandlervorrichtung.
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Aus
dem Stand der Technik sind Ultraschallwandlervorrichtungen, insbesondere
solche auf Piezobasis, grundsätzlich
bekannt. Ein Beispiel für
eine derartige Wandlereinrichtung ist beispielsweise in der deutschen
Patentschrift
DE 195
12 417 C2 offenbart. Die dort offenbarte Wandlereinrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine selbständig eigenschwingungsfähige Deckplatte
aufweist, deren Oberfläche die
Funktion einer schallabstrahlenden und/oder -empfangenden Fläche hat.
Die Deckplatte wird mit Hilfe von Lamellen zur Schallemission angeregt,
wobei die Lamellen jeweils mit einer ihrer Schmalseiten an die Deckplatte
angekoppelt sind und als Piezo-Schwinger
ausgebildet sind. Die Eigenresonanzfrequenzen der einzelnen Lamellen
und der Deckplatte können
unterschiedlich sein. Bei geeigneter Anordnung und bei geeignetem
Betrieb der an die Deckplatte angekoppelten Lamellen kann die Ultraschallwandlereinrichtung
und insbesondere deren Oberfläche
auch zur Generierung von Abstrahlcharakteristiken in Kreuzkeulenform
verwendet werden.
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Weiterhin
ist im Stand der Technik zum Beispiel aus der
EP 0 935 765 B1 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Ultraschallwandlereinrichtung
zur Abstandsmessung aus einem Fahrzeug bekannt. Das dort offenbarte
Verfahren basiert auf dem Prinzip, dass zunächst ein Sendesignal auf ein Hindernis
ausgesendet wird, um nachfolgend ein aus der Reflektion des Sendesignals
an dem Hindernis resultierendes Echosignal zu empfangen und auszuwerten.
Die Auswertung erfolgt insbesondere in der Weise, dass die Amplitude
des Echosignals mit einem Schwellenwert verglichen wird, der während eines
zeitlichen Hörfensters
in Abhängigkeit
diverser Fahrzeugparameter zeitlich verändert wird. Die besagte europäische Patentschrift
sieht lediglich die Ansteuerung eines piezoelektrischen Wandlerelementes
vor.
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Ausgehend
von dem genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein aus der genannten europäischen Patentschrift bekanntes
Verfahren und eine von dort bekannte Abstandsmesseinrichtung derart
weiterzubilden, dass sie auch für
die Ansteuerung einer Ultraschallwandlereinrichtung mit mehreren
Piezoelementen geeignet sind, sowie eine kostengünstige und flexible Abstandsmesseinrichtung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren
gelöst.
Genauer gesagt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Messen des
Abstandes zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis mit Hilfe
einer an dem Fahrzeug angebrachten Ultraschallwandlereinrichtung
gelöst, welche
eine selbstverständlich
eigenschwingungsfähige
Deckplatte mit einer Oberfläche
aufweist, wobei die Oberfläche über eine
Mehrzahl von an die Deckplatte angekoppelten und als Piezo-Schwinger
ausgebildeten Lamellen schallabstrahlend oder -empfangend betrieben
wird; umfassend die folgenden Schritte: Aussenden eines Sendesignals über die Oberfläche auf
das Hindernis; Empfangen von zumindest einem Teil des Sendesignals
als an dem Hindernis reflektiertes Echosignal von der Oberfläche; und
Auswerten von insbesondere der Amplitude des empfangenen Echosignals
während
eines zeitlichen Hörfensters
in Bezug auf einen Schwellenwert, dessen zeitlicher Verlauf während des
Hörfensters
nach Maßgabe
von Daten des Fahrzeugs verändert
wird.
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Vorteilhafterweise
ermöglicht
die beanspruchte Erfindung eine Anwendung des beschriebenen Verfahrens
auf eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einer Mehrzahl von als
Piezo-Schwinger ausgebildeten Lamellen.
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Die
oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Abstandsmessvorrichtung
zum Durchführen
des beanspruchten Verfahrens gelöst.
Die Vorteile dieser Abstandsmessvorrichtung entsprechen im Wesentlichen
dem oben in Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel ist
die Ausgangsimpedanz einer Sendeeinrichtung und die Eingangsimpedanz
einer Empfangseinrichtung innerhalb der Abstandsmessvorrichtung
elektronisch an die mechanische beziehungsweise akustische Impedanz
der Ultraschallwandlereinrichtung 110 angepasst. Dabei
ist die Eigenresonanzfrequenz der mechanischen Impedanz nach Maßgabe beziehungsweise
in Abhängigkeit
von den Eigenresonanzfrequenzen der Lamellen und der Deckplatte
definiert. Die beanspruchte Impedanzanpassung bewirkt eine deutlich
verbesserte Funktionsweise der Abstandsmessvorrichtung, das heißt eine
besonders effektive Generierung des Sendesignals und einen hochsensiblen
Empfang des Echosignals.
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Als
eine weitere Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist bei einem Sensormodul
zur Abstandsmessung mittels Ultraschall, das mit einem Gehäuse versehen
ist und mit mindestens einem Anschluss zur Verbindung des Sensormoduls
insbesondere mit einem Steuergerät
und/oder einem Bussystem, eine Mehrzahl von Ultraschallwandlereinrichtungen
vorgesehen. Eine Mehrzahl von Ultraschallwandlereinrichtungen in
demselben Sensormodul ermöglicht
eine verbesserte Erfassung einer mittels Ultraschall zu überwachenden
Umgebung bei gleichzeitiger Reduktion eines Montageaufwandes z.B.
in einem Stoßfänger eines
Kraftfahrzeugs verglichen mit mehreren Sensormodulen die jeweils
nur einen Ultraschallwandler aufweisen.
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Beispielsweise
kann durch die mehreren Ultraschallwandlereinrichtungen ein größerer Raumwinkel
gleichzeitig überwacht
werden. Alternativ können
die verschiedenen Ultraschallwandlereinrichtungen auch unterschiedliche
Funktionen erfüllen und/oder
als redundantes System ausgelegt sein, so dass bei Ausfall einer
Ultraschallwandlereinrichtung zumindest die verbleibenden Ultraschallwandlereinrichtungen
des erfindungsgemäßen Sensormoduls eine
Notfunktion des Sensormoduls aufrechterhalten können.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist der Einbau mehrerer Ultraschallwandlereinrichtungen
desselben Typs in das Sensormodul, wodurch sich der Aufbau des Sensormoduls,
die Montage der Ultraschallwandlereinrichtungen in dem Sensormodul
und eine Ansteuerung der Ultraschallwandlereinrichtungen vereinfacht,
so dass sich entsprechende Entwicklungs- und Produktionskosten reduzieren.
Darüberhinaus
ergibt sich eine gesteigerte Messgenauigkeit des Sensormoduls, da
Ultraschallwandlereinrichtungen desselben Typs in der Regel z.B.
auch eine vergleichbare Temperaturcharakteristik haben.
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Gemäß einer
sehr vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Sensormoduls weisen
mehrere der Ultraschallwandlereinrichtungen einen gemeinsamen elektrischen
Anschluss auf, so dass eine auf diese Weise gebildete Gruppe von
Ultraschallwandlereinrichtungen direkt an eine bestehende Ansteuerschaltung
angeschlossen werden kann wodurch kein weiterer Schaltungstechnischer Aufwand
entsteht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Sensormoduls
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandlereinrichtungen
jeweils eine Deckplatte mit im wesentlichen rechteckförmiger Oberfläche aufweisen,
wobei die Oberfläche
vorzugsweise unterschiedliche Kantenlängen besitzen. D.h., die Oberflächen sind
vorzugsweise nicht quadratisch ausgebildet. Damit ergibt sich die
Möglichkeit
einer besonders kleinbauenden Anordnung mehrer Ultraschallwandlereinrichtungen z.B.
nebeneinander in dem Sensormodul.
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Eine
weitere Variante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die
Ultraschallwandlereinrichtungen derart in dem Sensormodul angeordnet
sind, dass ihre Längsachsen
im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen, wobei vorzugsweise
die Längsachse
einer ersten Ultraschallwandlereinrichtung die Längsachse einer zweiten Ultraschallwandlereinrichtung
etwa in der Mitte der Oberfläche
der ersten Ultraschallwandlereinrichtung schneidet, woraus sich eine „T"-förmige
Anordnung der beiden Ultraschallwandlereinrichtungen ergibt.
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Hierdurch
wird eine vielfältige
Einsetzbarkeit des vorgeschlagenen Sensormoduls weiter gesteigert,
denn mit der vorstehend genannten „T"-förmigen
Anordnung weist das Sensormodul einen besonders breiten Überwachungsbereich
in vertikaler sowie in horizontaler Richtung auf. Aufgrund der Tatsache,
dass bei dieser Variante der Erfindung mehrere separate Ultraschallwandlereinrichtungen
verwendet werden, ergibt sich der weitere Vorteil, dass sich die Signale
der jeweiligen Ultraschallwandlereinrichtungen zumindest nicht direkt,
d.h. vor einem Auftreffen auf und einer Reflektion an einem Hindernis,
gegenseitig beeinflussen wie es beispielsweise bei Ultraschallwandlereinrichtungen
der Fall ist, die mehrere als Lamellen ausgebildete Piezo-Schwinger
mit einer gemeinsamen Membran haben.
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Andererseits
ist es gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung auch möglich,
dass die Ultraschallwandlereinrichtungen mehrere Lamellen aufweisen,
wodurch eine höhere Flexibilität der Ultraschallwandlereinrichtungen – und damit
des Sensormoduls – hinsichtlich
z.B. einer Richtcharakteristik erzielbar ist.
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Eine
weitere Variante des erfindungsgemäßen Sensormoduls ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandlereinrichtungen derart
in dem Sensormodul angeordnet sind, dass durch die Oberflächen der
Deckplatten gebildete Ebenen parallel zueinander liegen und/oder
zusammenfallen, wodurch sich insbesondere ein einfacher Aufbau des Sensormoduls
ergibt.
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Besonders
vorteilhaft ist auch eine Anordnung der Ultraschallwandlereinrichtungen
in dem Sensormodul derart, dass sich die durch die Oberflächen gebildeten
Ebenen schneiden. Durch eine solche Konfiguration ist eine Erweiterung
des Überwachungsbereiches
des Sensormoduls möglich.
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Ganz
besonders zweckmäßig ist
die vorstehend genannte Neigung der Ebenen beispielsweise in dem
Fall, bei dem der erfindungsgemäße Sensor an
einem äußeren Ende
eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs,
d.h. an einer Fahrzeugecke, angebracht ist. Hierbei ergibt sich
durch die erwähnte
Neigung der Ebenen um eine zur Hochachse des Kraftfahrzeugs im wesentlichen
parallele Achse erstens ein erweiterter Überwachungsbereich „um die
Fahrzeugecke herum",
weil beispielsweise eine erste Ultraschallwandlereinrichtung vorwiegend
einen Bereich seitlich des Kraftfahrzeugs ausleuchtet und eine zweite
Ultraschallwandlereinrichtungen des Sensormoduls vorwiegend einen
Bereich hinter dem Kraftfahrzeug ausleuchtet.
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Zweitens
ist es durch den Einsatz der oben beschriebenen „T"-förmigen Anordnung
möglich,
den seitlichen Bereich bzw. den hinteren Bereich hinsichtlich einer
Ausleuchtung in vertikaler Richtung unterschiedlich zu überwachen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Sensormoduls
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassungsschaltung für jeweils
eine der Ultraschallwandlereinrichtungen und/oder für eine Gruppe
von Ultraschallwandlereinrichtungen vorgesehen ist.
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Falls
mehrere Ultraschallwandlereinrichtungen einen gemeinsamen elektrischen
Anschluss aufweisen, kann über
eine derartige Anpassungsschaltung z.B. eine Impedanzanpassung zwischen
einer Sendeeinrichtung bzw. einer Empfangseinrichtung und den Ultraschallwandlereinrichtungen
bewirkt werden.
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Bei
einer Einzelansteuerung der Ultraschallwandlereinrichtungen ist
entsprechend z.B. eine Impedanzanpassung für jede einzelne Ultraschallwandlereinrichtung
möglich.
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Ganz
besonders vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Sensormodul eine Ansteuerschaltung zur
Ansteuerung der Ultraschallwandlereinrichtung(en) und/oder zur Auswertung
von Signalen der Ultraschallwandlereinrichtung(en) auf. Die Ansteuerschaltung
ist vorzugsweise nach einem der Ansprüche 14 bis 17 ausgebildet.
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Als
eine weitere Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Ansteuerschaltung
gemäß Anspruch
14 angegeben.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Abstandsmessvorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Beschreibung sind insgesamt neun Figuren beigefügt, wobei
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1 den
Aufbau einer Ultraschallwandlereinrichtung;
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2 den
Aufbau einer Abstandsmessvorrichtung;
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3 ein
elektronisches Ersatzschaltbild für die mechanische beziehungsweise
akustische Impedanz der Ultraschallwandlereinrichtung;
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4 den
Verlauf der mechanischen Impedanz der Ultraschallwandlereinrichtung;
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5 ein
erfindungsgemäßes Verfahren;
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6a eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sensormoduls;
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6b eine
Draufsicht auf eine Oberfläche einer
erfindungsgemäßen Ultraschallwandlereinrichtung;
und
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7a eine
erfindungsgemäße Anpassungsschaltung
in Wirkverbindung mit mehreren Ultraschallwandlereinrichtungen;
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7b eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung, die einen Mehrfrequenzbetrieb ermöglicht; und
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7c eine
erfindungsgemäße Ansteuerschaltung;
veranschaulicht.
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Nachfolgend
wird der Gegenstand der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren
detailliert beschrieben.
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1 zeigt
den Aufbau einer Ultraschallwandlereinrichtung 110, wie
sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Ultraschallwandlereinrichtung
umfasst eine selbständig
eigenschwingungsfähige
Deckplatte 111 mit einer Oberfläche 111a. Die Oberfläche 111a dient
als schallemittierende und schallempfangende Fläche. An die Deckplatte sind
eine Mehrzahl von Lamellen 112a, 112b angekoppelt,
welche jeweils als Piezo-Schwinger ausgebildet sind. Die Lamellen
regen die Deckplatte einerseits zur Schallemission an; sie dienen
aber andererseits auch zur Erfassung der Schwingungen der Deckplatte
bei Empfang des Echosignals.
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2 zeigt
den Aufbau einer Abstandsmessvorrichtung 100 zum Messen
des Abstandes zwischen einem Fahrzeug (hier nicht gezeigt) und einem
Hindernis (hier ebenfalls nicht gezeigt). Die Abstandsmessvorrichtung 100 umfasst
neben der beispielhaft in 1 gezeigten
Ultraschallwandlereinrichtung 110 eine Sendeeinrichtung 121 zum
Betreiben der Ultraschallwandlereinrichtung 110 in einem Sendebetrieb,
das heißt
zum Aussenden eines Sendesignals S über die Oberfläche 111a auf
das Hindernis hin. Weiterhin umfasst die Abstandsmessvorrichtung
eine Empfangseinrichtung 123 zum Betreiben der Ultraschallwandlereinrichtung 110 in
einem Empfangsbetrieb, das heißt
zum Empfangen von zumindest einem Teil des Sendesignals S als an
dem Hindernis reflektiertes Echosignal E. Weiterhin umfasst die
Abstandsmessvorrichtung eine Auswerteeinrichtung 126 bis 129 zum
Auswerten von insbesondere der Amplitude des Echosignals während eines
zeitlichen Hörfensters
(T1-T2) (siehe 5) in Bezug auf einen Schwellenwert.
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Erfindungsgemäß ist die
Ausgangsimpedanz der Sendeeinrichtung 121 zum Beispiel mit Hilfe
einer ersten Anpassungsschaltung 121a an die mechanische
beziehungsweise akustische Impedanz ZM der
Ultraschallwandlereinrichtung angepasst.
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3 zeigt
ein elektronisches Ersatzschaltbild für die mechanische Impedanz
ZM. Demnach ist die mechanische Impedanz
darstellbar in Form einer Parallelschaltung eines ersten Kondensators
Co mit einer Reihenschaltung. Die Reihenschaltung umfasst einen
Widerstand RS, eine Induktivität LS und einen zweiten Kondensator CS. Der Verlauf dieser mechanischen Impedanz
ZM über
der Frequenz ω ist
in 4 dargestellt.
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Im
Rahmen der oben unter Bezugnahme auf 2 erwähnten Impedanzanpassung
wird die Ausgangsimpedanz der Sendeeinrichtung 121 vorzugsweise
mit Hilfe der ersten Anpassungseinrichtung 121a und/oder
die Eingangsimpedanz der Empfangseinrichtung 123 vorzugsweise
mit Hilfe der Anpassungseinrichtung 123a entsprechend der
mechanischen Impedanz ZM der jeweils verwendeten
Ultraschallwandlereinrichtung 110 ausgebildet. Dabei ist zu
beachten: Die Eigenresonanzfrequenz der mechanischen Impedanz hängt ab von
den Eigenresonanzfrequenzen der Lamellen und der Eigenresonanzfrequenz
der Deckplatte 111. Die Eigenresonanzfrequenz der Lamellen 112a, 112b untereinander
sowie die Eigenresonanzfrequenz der Deckplatte 111 können unterschiedlich
sein.
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Die
in 2 gezeigte Abstandsmessvorrichtung funktioniert
wie folgt.
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Der
Sendeeinrichtung 121 wird während des Sendebetriebs der
Ultraschallwandlereinrichtung 110 eine geeignete Frequenz
f für das
Sendesignal zugeführt.
In Abhängigkeit
von einem ersten Steuersignal C1 eines Steuergerätes 122 wird die Sendeeinrichtung 121 eingeschaltet,
so dass die Ultraschallwandlereinrichtung 110 für eine gewisse
Sendezeit zu senden beginnt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Sendezeit
mit der Schwingzeit der Wandlereinrichtung 110 nicht vollkommen übereinstimmt,
da die Wandlereinrichtung eine Einschwingzeit und eine Ausschwingzeit
besitzt. Nachdem das Sendesignal S von der sowohl in Sende- als
auch in Empfangsrichtung arbeitenden Ultraschallwandlereinrichtung 110 ausgesandt
wurde, wird die Sendeeinrichtung 121 abgeschaltet. Nach
dem Ende der Ausschwingzeit der Wandlereinrichtung 110 wird
dann die Empfangseinrichtung 123 eingeschaltet, welche
das Echosignal E empfängt
und einem Vergleicher 129 zuführt. Die Empfangseinrichtung 123 ist
während
eines sogenannten Hörfensters
geöffnet;
das Hörfenster
ist jener Zeitbereich, in dem sinnvollerweise der Empfang des Echosignals
erwartet wird. Die Zeitdauer des Hörfensters, in 5 die
Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T1 und T2, wird wiederum durch
das Steuergerät 122 gesteuert,
und zwar über
ein zweites Steuersignal C2. Gleichzeitig schaltet das Steuergerät 122 mit
Hilfe eines dritten Steuersignals C3 schrittweise einen Speicher 126 weiter,
in dessen einzelnen Speicherplätzen 127 verschiedene Schwellenwerte
für die
Amplitude des Eingangssignals abgespeichert sind. Auf diese Weise
wird der Schwellenwert mit Hilfe des dritten Steuersignals während des
Hörfensters
zeitlich verändert
und zwar nach Maßgabe
von Fahrzeugdaten, die von dem Steuergerät 122 ausgewertet
werden. Die Daten repräsentieren
die räumlichen
Abmessungen und/oder die Bewegung und/oder den Zustand (Beladung,
Neigung ...) des Fahrzeugs. Die unterschiedlichen, vorzugsweise
digitalen Schwellenwerte werden über
einen Digital/Analog-Wandler 128 jeweils in ein analoges
Schwellenwertsignal umgewandelt und ebenso wie das Ausgangssignal
der Empfangseinrichtung 123 dem Vergleicher 129 zugeführt. Der
Vergleicher 129 generiert nur dann ein als Warnsignal dienendes Ausgangssignal,
wenn der Ausgangswert der Empfangseinrichtung 123 größer ist
als der durch das Schwellenwertsignal repräsentierte Schwellenwert am
Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 128. Das Warnsignal
deutet demnach darauf hin, dass ein durch den Schwellenwert repräsentierter
Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis unterschritten wurde.
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Aus
den zuvor gemachten Ausführungen
ist erkennbar, dass die Wirkungsweise der Abstandsmessvorrichtung 100 sowohl
durch die Sendezeit als auch durch die Empfangszeit, das heißt die Dauer des
Hörfensters,
sowie durch die Größe der Schwellenwerte
in dem Speicher 126 bestimmt ist. Aufgrund dieser zahlreichen
einstellbaren Parameter ist die Arbeitsweise der Abstandsmessvorrichtung 100 weitgehend
an alle Erfordernisse oder Umgebungssituationen, wie sie insbesondere
beim Einparken eines Fahrzeugs auftreten, anpassbar.
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5 zeigt
ein Beispiel für
die Abhängigkeit der
von der Empfangseinrichtung 123 empfangenen Amplitude des
Echosignals E von der Laufzeit. Es wird dabei von dem Zeitpunkt
T0 ausgegangen, bei dem der Sendebetrieb der Sendeeinrichtung 121, das
heißt
die Sendezeit endet. Anschließend
muss bis zu dem Zeitpunkt T1 gewartet werden, bis zu dem das Sendesignal
S abgeklungen ist. Anschließend beginnt
mit dem Zeitpunkt T1 das Hörfenster,
welches bis zu dem Zeitpunkt T2 reicht. Das Hörfenster repräsentiert
den Zeitraum, währenddessen
die Empfangseinrichtung 123 mit Hilfe des von dem Steuergerät 122 generierten
zweiten Steuersignals C2 eingeschaltet wird. Es wird angenommen,
dass zum Zeitpunkt T4 das Echosignal E ein Echo 14 einer Anhängerkupplung
des Fahrzeugs, zum Zeitpunkt T5 das Echo 15 eines Hindernisses
und zum Zeitpunkt T6 ein Bodenecho von der Wandlereinrichtung 110 von
der Empfangseinrichtung 123 empfangen werden. Dabei bleibt
die Laufzeit der Echos 14 und 16 im Wesentlichen
gleich, während
der Zeitpunkt T5 von dem Abstand des Fahrzeugs zu dem Hindernis
abhängt.
Die Kurve 17 zeigt einen traditionellen Verlauf des Schwellenwertes
in Abhängigkeit
der Laufzeit. Demnach nimmt der Schwellenwert mit sinkender Laufzeit,
also von T2 nach T1 monoton ab. Nach dem Zeitpunkt T2 ist das Hörfenster
zu Ende, da die noch zu erwartenden Echos nur noch sehr schwach
und außerhalb
des wichtigen Warnbereiches liegen. Gemäß der Erfindung wird nun so
vorgegangen, dass, wie aus Kurve 18 ersichtlich, die Schwelle
nicht mehr nur monoton steigt, sondern auch fällt, um in einem wichtigen
Abschnitt des insgesamt beobachteten Entfernungsbereiches auch noch
schwächere
Signale detektieren zu können.
Dies lässt
sich beispielsweise an dem Echo 15 zum Zeitpunkt T5 erkennen, welches
mit der früher
benutzten Schwellenwertkurve 17 nicht erkannt worden wäre. Aufgrund
des erfindungsgemäßen Verlaufes
der Schwellenwertkurve 18 wird dieses Hindernis nun jedoch
erkannt. Gleichwohl werden aber auch durch die Kurve 18 die
für die Auswertung
unerwünschten
Echos 15 und 16 durch entsprechende Anhebung der
Schwellenwerte ausgeblendet.
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Eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sensormoduls 200 ist
nachfolgend in Bezug auf 6a und 6b beschrieben.
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Das
Sensormodul 200 (6a) weist
ein Gehäuse 201 auf,
das auf seiner Rückseite
mit einem Anschluss 202 versehen ist. Der Anschluss 202 dient zur
elektrischen Verbindung des Sensormoduls 200 mit einem
nicht abgebildeten Steuergerät
bzw. Bussystem. Gleichzeitig kann der Anschluss 202 so
ausgebildet sein, dass er neben der elektrischen Verbindung des
Sensormoduls 200 auch dessen Befestigung in einem Stoßfänger eines
Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Wie
aus 6a ersichtlich, weist das Sensormodul 200 zwei
Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b auf,
deren Aufbau im wesentlichen identisch ist zum dem weiter oben beschriebenen
Aufbau der Ultraschallwandlereinrichtung 110. Im eingebauten
Zustand ist von den Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b jeweils
nur eine Oberfläche 111a der Deckplatte,
vgl. 1, und ggf. eine Einfassung bzw. Dichtung erkennbar.
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Beide
Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b weisen
eine rechteckförmige
Oberfläche 111a mit
einer Länge
a und einer Breite b auf und sind in dem Sensormodul 200 so
angeordnet, dass eine Längsachse
c (6b) der ersten Ultraschallwandlereinrichtung 210a in 6a etwa
vertikal ausgerichtet ist, während
die Längsachse
c der zweiten Ultraschallwandlereinrichtungen 210b etwa
horizontal ausgerichtet ist und die Längsachse c der ersten Ultraschallwandlereinrichtung 210a etwa
in der Mitte ihrer Oberfläche 111a schneidet.
Daraus ergibt sich die dargestellte „T"-förmige
Anordnung, durch die das Sensormodul 200 einen besonders
großen Überwachungsbereich
sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung aufweist.
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7a zeigt
schematisch die als Piezo-Schwinger ausgebildeten Lamellen 112a, 112b der
Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b, die mit
einer Anpassungsschaltung 220a verbunden sind. Die Anpassungsschaltung 220a führt eine
Impedanztransformation durch, um eine Impedanz Zm' der Parallelschaltung
der Lamellen 112a, 112b der beiden Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b an
eine Ausgangsimpedanz der Sendeeinrichtung 121 (vgl. 2)
anzupassen.
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Dadurch
kann auch eine herkömmliche
Sendeeinrichtung, die an sich nur zur Ansteuerung einer Ultraschallwandlereinrichtung
ausgelegt ist, mit dem beschriebenen Sensormodul 200 und
den darin vorgesehenen Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b verwendet
werden.
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Wie
in 7a durch die gestrichelte Linie angedeutet, ist
es auch möglich,
noch weitere Ultraschallwandlereinrichtungen an die bestehende Parallelschaltung
anzuschließen.
Eine entsprechende Verringerung der Impedanz Zm' wird durch eine geeignete Anpassungsschaltung 220a ausgeglichen.
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Die
Anpassungsschaltung 220a ist üblicherweise ein elektrisches
Netzwerk das kapazitive, induktive und resistive Elemente aufweist,
d.h. ein sog. RLC-Netzwerk.
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Um
beispielsweise Leistungsanpassung zu erzielen, müsste im Fall von 7a bei
einer vorgegebenen Ausgangsimpedanz der Sendeeinrichtung 121 (2)
die Impedanz Zm' durch
die Anpassungsschaltung 220a in den konjugiert komplexen Wert
der vorgegebenen Ausgangsimpedanz transformiert werden.
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Es
ist ferner möglich,
die Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b oder
auch deren einzelne Lamellen 112a, 112b bei unterschiedlichen
Frequenzen zu betreiben, z.B. bei 40kHz und bei 60kHz. Bei der Ausführungsform
gemäß 7b werden
beide Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b von
einer gemeinsamen Sendeeinrichtung (nicht gezeigt) mit einem Signal
S gespeist, das Signalanteile mit einer Frequenz von 40kHz und Signalanteile
mit einer Frequenz von 60kHz aufweist. Ein derartiges Signal kann
beispielsweise durch aus dem Stand der Technik bekannte synthesizer-Schaltungen,
einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder auch einen ASIC (application
specific integrated circuit) erzeugt werden.
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Zur
Filterung des Signals S sind die Anpassungsschaltungen 220a und 220b vorgesehen,
die jeweils nur einen der beiden Signalanteile zu der betreffenden
Ultraschallwandlereinrichtung 210a, 210b durchlassen.
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Ebenso
ist es möglich,
die einzelnen Lamellen 112a, 112b bei unterschiedlichen
Frequenzen zu betreiben. bzw. auch jeder Lamelle eine eigene Anpassungsschaltung
zuzuordnen.
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Eine
Vergrößerung des Überwachungsbereichs
ist bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung dadurch ermöglicht,
dass die Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b derart
in dem Sensormodul 200 angeordnet werden, dass die Ebenen, die
durch die jeweiligen Oberflächen 111a gebildet sind,
sich schneiden, sodass die Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b bereits
aufgrund ihrer mechanischen Anordnung in unterschiedliche Raumrichtungen
abstrahlen. Ein solches Sensormodul eignet sich besonders gut zur
Montage an einem Endabschnitt eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs, d.h.
an einer Ecke des Kraftfahrzeugs. Zusammen mit der erfindungsgemäßen „T"-förmigen Anordnung der
Ultraschallwandlereinrichtungen 210a, 210b ist damit
ein besonders großer Überwachungsbereich erzielbar.
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Generell
ist es auch möglich,
die Ultraschallwandlereinrichtungen und/oder deren Lamellen mit verschiedenen
Signalen anzusteuern, die zueinander eine vorgebbare variable Phasenlage
haben. Dadurch ist es möglich,
eine Abstrahlcharakteristik im Raum und damit einen entsprechenden Überwachungsbereich
durch Einstellung der Phasenlage der verschiedenen Signale zu beeinflussen.
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Eine
Variante einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 300 ist
in 7c abgebildet. Die Ansteuerschaltung 300 weist
eine Sendeeinrichtung 310 und eine Empfangseinrichtung 320 auf,
die im wesentlichen digital ausgebildet und in einem ASIC (application
specific integrated circuit) realisiert sind.
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Die
Anpassungsschaltungen 220a, 220b sind ebenfalls
in der Ansteuerschaltung 300 vorgesehen, die auf einer
einzigen Platine aufgebaut und in das Sensormodul 200 von 6a integriert
ist.
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Die
Anpassungsschaltungen 220a, 220b können auch
modular und/oder umschaltbar aufgebaut sein, so dass ein Wechsel
von einer Anpassung an eine Ultraschallwandlereinrichtung oder an
beispielsweise zwei Ultraschallwandlereinrichtungen leicht durchgeführt werden
kann.