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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
Ultraschallsensor zum Bestimmen der Distanz von einem Objekt oder
zum Bestimmen der Gegenwart eines Objektes durch das Aussenden einer
Ultraschallwelle einer bestimmten Frequenz und das Empfangen der
von einem Objekt reflektierten Welle ist bekannt. In den letzten
Jahren wurden Ultraschallsensoren genutzt um ein Hindernis in der
Nähe eines Fahrzeugs zu erkennen. Die Richtungscharakteristik
eines Ultraschallsensors streut radial. Der Ultraschallsensor könnte
daher fälschlicherweise einen Randstein auf der Straße
eines Parkplatzes, eine Straßenoberfläche oder
etwas Ähnliches als ein mehrere Meter entferntes Hindernis
erkennen falls die Richtungscharakteristik des Ultraschallsensors nicht
auf einen Nahbereich begrenzt ist. Beispielsweise zeigt die
JP-A-2002-58091 einen
Ultraschallsensor um die Richtungscharakteristik weiter zu begrenzen.
Ein Ultraschallsensor mit einer weiten Richtungscharakteristik wird
benötigt um ein Hindernis auf eine kurze Distanz von mehreren
zehn Zentimetern zu erkennen. Ein Ultraschallsensor mit einer weiten
Richtungscharakteristik wird daher zur Erkennung eines Hindernisses
in einer kurzen Entfernung verwendet.
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Der
Ultraschallsensor gemäß der
JP-A-2002-58091 mit einer
schmalen Richtungscharakteristik kann weder die Erkennung eines
Hindernisses in einem weiten Erkennungsbereich, wie die Umgebung
eines Fahrzeuges, noch die Erkennung eines mehrere Meter entfernt
liegenden Hindernisses gewährleisten. Weist ein Ultraschallsensor
wie oben beschrieben eine weite Richtungscharakteristik zur Erkennung
eines Hindernisses welches mehrere Meter entfernt ist auf, so könnte
der Ultraschallsensor einen Randstein eines Parkplatzes, eine Straßenoberfläche
oder Ähnliches fälschlicherweise als ein Hindernis
erkennen. Bei bekannten Vorrichtungen besteht das Problem, dass
mehrere Ultraschallelemente mit verschiedenen Richtungscharakteristiken
entsprechend der verschiedenen Erkennungsbereiche benötigt
werden. Auch das Umschalten zwischen verschiedenen Richtungscharakteristiken
in einem Ultraschallsensorelement ist schon bekannt. Es ist jedoch
schwierig in einem Ultraschallsensor eine ausreichend gute Richtungscharakteristik
in den verschiedenen Entfernungsbereichen zu gewährleisten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Hinsicht auf die vorgenannten und andere Probleme, ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Element eines Ultraschallsensors bereit
zu stellen welches geeignet ist um mit ausreichend guter Richtungscharakteristik
zwischen verschiedenen Richtungscharakteristiken mit verschiedenen
Entfernungsbereichen umgeschaltet werden zu können.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ultraschallsensor
ein einzelnes Element eines Ultraschallsenders mit wenigstens einer
Kombination aus einem Äquivalentreihenkondensator C1, einer Äquivalentreihenspule
L1 und einem Äquivalentreihenwiderstand R1. Der Ultraschallsender
umfasst außerdem einen Äquivalentparallelkondensator
C0. Der Ultraschallsensor umfasst weiterhin eine Treiberschaltung
um den Ultraschallsender zu betreiben. Der Ultraschallsensor umfasst
außerdem eine zwischen dem Ultraschallsender und der Treiberschaltung
in Reihe geschaltete Spule L2. Die Treiberschaltung ist ausgelegt
um die Treiberfrequenz des Ultraschallsenders zu umschalten. F0
ist eine erste Resonanzfrequenz des Äquivalentreihenkondensators
C1 und der Äquivalentreihenspule L1. Fp ist eine zweite
Resonanzfrequenz welche wenigstens durch den Äquivalentparallelkondensator
C0 und die Spule L2 bestimmt ist. Die Treiberschaltung ist ausgelegt
um den Ultraschallsender zu betreiben während sie die Treiberfrequenz
auf die erste Resonanzfrequenz F0 oder die zweite Resonanzfrequenz Fp
umschaltet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Ultraschallsensor
ein einzelnes Element eines Ultraschallsenders mit wenigstens einer
Kom bination von einem Äquivalentreihenkondensator C1, einer Äquivalentreihenspule
L1 und einem Äquivalentreihenwiderstand R1. Der Ultraschallsender
umfasst außerdem einen Äquivalentparallelkondensator
C0. Der Ultraschallsensor umfasst außerdem eine Treiberschaltung
um den Ultraschallsender zu betreiben. Der Ultraschallsensor umfasst
außerdem einen zwischen dem Ultraschallsender und der Treiberschaltung
angeordneten Wandler TR. Die Treiberschaltung ist ausgelegt um die
Treiberfrequenz des Ultraschallsenders umzuschalten. F0 ist eine
erste Resonanzfrequenz des Äquivalentreihenkondensators
C1 und der Äquivalentreihenspule L1. Fp ist eine zweite
Resonanzfrequenz welche wenigstens durch den Äquivalentparallelkondensator
C0 und den Wandler TR bestimmt ist. Die Treiberschaltung ist ausgelegt
um den Ultraschallsender zu betreiben während sie die Treiberfrequenz
zu entweder der ersten Resonanzfrequenz F0 oder der zweiten Resonanzfrequenz
Fp umschaltet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
zum Betreiben eines Ultraschallsensors das Oszillieren eine einzelnen
Elements eines Ultraschallsenders bei einer Treiberfrequenz, wobei
der Ultraschallsender wenigstens eine Kombination aus einem Äquivalentreihenkondensator
C1, einer Äquivalentreihenspule L1 und einem Äquivalentreihenwiderstand
R1 umfasst, und der Ultraschallsender außerdem einen Äquivalentparallelkondensator
C0 umfasst, wobei entweder die Spule L1 oder der Wandler TR in Reihe
zwischen dem Ultraschallsender und der Treiberschalter verbunden
ist. Das Verfahren umfasst außerdem das Umschalten der
Treiberfrequenz auf entweder die erste Resonanzfrequenz F0 oder
die zweite Resonanzfrequenz Fp. Die erste Resonanzfrequenz F0 ist durch
den Äquivalentreihenkondensator C1 und die Äquivalentreihenspule
L1 bestimmt. Die zweite Resonanzfrequenz Fp ist wenigstens durch
den Äquivalentparallelkondensator C0 und entweder die Spule L2
oder den Wandler TR bestimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Die
oben genannten und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sollen durch die folgende detaillierte Beschreibung mit
Bezug auf die beiliegenden Figuren verdeutlicht werden. In den Figuren
zeigt:
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1 in Übersichtsbild
eines Blockdiagramms eines Hinderniserkennungssystems
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2 eine
schematische Darstellung einer Übersicht eines Ultraschallsensors
gemäß einer Ausführungsform
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3A einen
Schaltkreis eines Ultraschallmikrofons, und 3B einen äquivalenten
Schaltkreis Schaltkreises des Ultraschallmikrofons
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4 eine
Kurve die ein Beispiels einer Wellenform eines Ausgangssignals eines
Bandpassbildes zeigt
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5A eine
schematische Darstellung eines konventionellen Ultraschallmikrofons
und einer Treiberschaltung eines konventionellen Ultraschallmikrofons
gemäß dem Stand der Technik, und 5B ein Beispiel
einer Frequenzcharakteristik einer Spannung zwischen den Mikrofonanschlüssen
des Ultraschallmikrofons gemäß dem Stand der Technik
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6A ein
Beispiel einer Frequenzcharakteristik einer Spannung zwischen Mikrofonanschlüssen des
Ultraschallmikrofons gemäß einer Ausführungsform,
und 6B ein Beispiel einer Frequenzcharakteristik eines übermittelten
Schalldruckes des Ultraschallmikrofons gemäß der
vorliegenden Ausführungsform
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7A ein
Beispiel einer Richtungscharakteristik eines übermittelten
Schalldruckes wenn das Ultraschallmikrofon gemäß einer
Ausführungsform bei einer Frequenz von 45,7 kHz betrieben
wird, und 7B ein Beispiel einer Richtungscharakteristik
eines übermittelten Schalldruckes wenn das Ultraschallmikrofon
gemäß einer Ausführungsform bei einer
Frequenz von 51,6 kHz betrieben wird
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8A eine
schematische Ansicht eines Erkennungsbereiches eines bekannten Mittelentfernungsultraschallsensors
gemäß dem Stand der Technik in vertikaler Richtung,
und 8B einen Erkennungsbereich eines bekannten Mittelentfernungsultraschallsensors
gemäß dem Stand der Technik in horizontaler Richtung
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9A einen
Erkennungsbereich eines bekannten Nahentfernungsultraschallsensors
gemäß dem Stand der Technik in vertikaler Richtung,
und 9B eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs
eines bekannten Nahentfernungsultraschallsensors gemäß dem
Stand der Technik in horizontaler Richtung
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10A eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs
des Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in vertikaler Richtung und 10B eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs
eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in horizontaler Richtung,
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11 ein
schematisches Diagramm einer Übersichtsstruktur eines Ultraschallsensors
gemäß einer weiteren Ausführungsform
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12 ein
schematisches Diagramm einer Übersichtsstruktur eines Ultraschallsensors
gemäß einer weiteren Ausführungsform
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13 ein
Blockdiagramm einer Übersichtsstruktur eines Beispiels
eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren
Ausführungsform
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14 ein
Blockdiagramm einer Übersichtsstruktur eines Beispiels
eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren
Ausführungsform, und
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15 ein
Blockdiagramm einer Übersichtsstruktur eines Beispiels
eines Ultraschallsensors einer weiteren Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform in Bezug auf die Zeichnung
beschrieben. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines
Hinderniserkennungssystems 100. Das Hinderniserkennungssystems 100 gemäß 1 ist
in einem Fahrzeug verbaut. Das Hinderniserkennungssystem 100 umfasst
einen Ultraschallsensor 1, eine ECU 2, eine Hupe 3 und
eine Anzeigevorrichtung 4. Der Ultraschallsensor 1,
die ECU 2, die Hupe 3 und die Anzeigevorrichtung 4 sind genau
so wie das „Controller Area Network” (CAN), welches
einem Kommunikationsprotokoll entspricht, über ein In-Fahrzeug
LAN miteinander verbunden. Die elektronische Steuereinheit (ECU) 2 besteht
im Wesentlichen aus einem Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM,
einem RAM, einem Sicherungs-RAM und Ähnlichem (nicht gezeigt).
Durch die Ausführung verschiedener in dem ROM gespeicherter
Steuerprogramme führt die ECU 2 verschiedenste Arbeitsvorgänge
aus. Zum Beispiel führt die ECU 2 den Arbeitsvorgang
in Bezug auf das Aussenden einer Stosswelle von dem Ultraschallsensor 1 und
das Empfangen der von einem Hindernis reflektierten Welle aus. Die
ECU 2 erkennt die Entfernung von dem Hindernis und ermittelt
die Position des Hindernisses gemäß der Information
der von dem Ultraschallsensor 1 ausgesandten Stosswelle
und der Information der von dem Hindernis reflektierten Welle. Die
ECU 2 führt außerdem den Arbeitsvorgang
im Bezug auf die ermittelte Entfernung des Hindernisses und die
ermittelte Position des Hindernisses aus. Zum Beispiel veranlasst
die ECU 2 die Anzeigevorrichtung 4 einen Alarm
anzuzeigen und veranlasst die Hupe 3 einen Warnton auszusenden
falls erkannt wird dass sich in der Nähe des Fahrzeugs
ein Hindernis befindet. Die Anzeigevorrichtung 4 kann beispielsweise
als eine Flüssigkristallanzeige, eine organische Elektrolumineszenz(EL)-Anzeige,
eine Plasmaanzeige, oder Ähnliches zum Anzeigen von Text,
Bildern oder Ähnlichem ausgeführt sein. Die Anzeigevorrichtung 4 kann
ebenso als Anzeigevorrichtung einer integrierten Fahrzeugnavigationsvorrichtung
dienen.
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Mehrere
Ultraschallsensoren 1 können beispielsweise in
der hinteren Stossstange eines Fahrzeugs angeordnet sein um eine
Hindernis um die Rückseite des Fahrzeugs herum zu erkennen.
Im Folgenden wird in 2 eine Übersichtsstruktur
eines Ultra schallsensors 1 beschrieben. 2 zeigt ein
Blockdiagramm einer Übersichtsstruktur eines Ultraschallsensors
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Ultraschallsensor 1 ist beispielsweise ein
Ultraschallsensor vom Piezoelektrik-Oszillatortyp. Genauer gesagt
kann der Ultraschallsensor 1 beispielsweise ein Hinderniserkennungssensor
sein, der sowohl eine Ultraschallwelle senden als auch empfangen
kann um ein Hindernis zu erkennen. Der Ultraschallsensor 1 kann
beispielsweise ausgeführt sein um eine Ultraschallwelle,
insbesondere eine Stoßwelle, von einem Ultraschallmikrophon 11 als
piezoelektrischen Oszillator zu senden und danach die von einem
als Hindernis bekannten Objekt reflektierte Welle empfangen. Der
Ultraschallsensor 1 umfasst das Ultraschallmikrophon 11, eine
Spule L2 als Induktivität, einen Kondensator C2 als Kondensatorkomponente,
eine Steuereinheit 14, eine Treiberschaltung 15,
und einen signalverarbeitenden Teil 16. Das Ultraschallmikrophon 11 ist
mit dem Gehäuse verbunden (nicht gezeigt). Das Ultraschallmikrophon 11 ist
zum Vibrieren ausgelegt, um eine Ultraschallwelle zu erzeugen und
eine von einem Hindernis reflektierte Welle zu empfangen. Das Ultraschallmikrophon 11 erhält
ein Empfangssignal der reflektierten Welle und gibt das Empfangssignal zu
dem signalverarbeitenden Teil 16 aus. Das Ultraschallmikrophon 11 kann
ein piezoelektrischer Oszillator oder Ähnliches sein, welcher
aus einem gesinterten Pressling aus piezoelektrischer Keramik wie beispielsweise
Bleizirkonattitanat (PZT) oder Bariumtitanat hergestellt ist.
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Wie
in
6 des
US Patents Nummer 5,987,922 (
JP-A-10-257595 )
dargestellt, kann der piezoelektrische Oszillator als Äquivalenzschaltung gemäß
3A dargestellt
werden. Das Ultraschallmikrophon
11 als ein piezoelektrischer
Sender kann daher als Äquivalenzschaltung dargestellt werden. Wie
in
3B dargestellt, kann das Ultraschallmikrophon
11 durch
einen einzelnen piezoelektrischen Sender mit einer Reihenschaltung
eines Äquivalenzreihenkondensators C1, einer Äquivalenzreihenspule L1
und einem Äquivalenzreihenwiderstand R1 und einem Äquivalenzparallelkondensator
C0 als Parallelbauteil dargestellt werden. Der Äquivalenzreihenkondensator
C1 ist ein Bauteil das als Äquivalenzreihenkondensator
betrieben wird. Die Äquivalenzreihenspule L1 ist ein Bauteil,
das als Äquivalenzreihenspule betrieben wird. Der Äquivalenzreihenwiderstand
R1 ist ein Bauteil, das als Äquivalenzreihenwiderstand
betrieben wird. Der Äquivalenzparallelkondensator C0 ist
ein Bauteil, das als Äquivalenzparallelkondensator betrieben
wird. Das Ultraschallmikrophon
11 wird als Ultraschallwandler
betrieben.
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Die
Spule L2 ist ein Induktivitätsbauteil, das in Reihe zwischen
dem Ultraschallmikrophon 11 und der Treiberschaltung 15 verbunden
ist, um einen Resonanzschaltkreis zu bilden. Ein Kondensator C2
ist parallel zu dem Ultraschallmikrophon angeschlossen um die Resonanzfrequenz
Fp zu steuern. Die elektrische Kapazität des Kondensators
C2 ist gemäß der gewünschten Resonanzfrequenz
Fp frei zu wählen. Der Kondensator C2 kann beliebig aus
Universalkondensatoren ausgewählt werden.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform entspricht die Resonanzfrequenz
des Äquivalenzreihenkondensators C1 und der Äquivalenzreihenspule L1
der Frequenz F0, und die Resonanzfrequenz des Äquivalenzparallelkondensators
C0, des Kondensators C2 und der Spule L2 entspricht der Frequenz
Fp. Die Resonanzfrequenz F0 kann gemäß der Beziehung
F0 = [1/(4·π2·Induktivität
L1·Kapazität C1)]0,5 ermittelt
werden. Die Resonanzfrequenz Fp lässt sich gemäß der
Beziehung Fp = [1/{4·π2·Induktivität L2·(Kapazität
C0 + Kapazität C2)}]0,5 ermitteln.
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Die
Steuereinheit 14 überträgt zu einer von der
ECU 2 vorgegebenen Übertragungszeit ein Pulssignal
mit einer von der ECU 2 vorgegebenen Frequenz zur Treiberschaltung 15.
Die Treiberschaltung 15 wird an die Versorgungsspannung
des Ultraschallsensors 1 angelegt und die Treiberschaltung 15 wird
aktiviert. Die Treiberschaltung 15 veranlasst daher das
Ultraschallmikrophon 11 mit einer Treiberfrequenz, wie
sie von der ECU 2 vorgegeben wird, zu oszillieren. Die
Treiberschaltung 15 überträgt eine Ultraschallwelle
gemäß dem Ausgangspulssignal der Kontrolleinheit 14.
Besonders als Reaktion auf das Pulssignal der Kontrolleinheit 14 gemäß der
Anweisung von ECU 2 veranlasst die Treiberschaltung 15 das
Ultraschallmikrophon 11 abwechselnd mit einer Treiberfrequenz
entsprechend der Resonanzfrequenz F0 und einer Treiberfrequenz entsprechend der
Resonanzfrequenz Fp zu oszillieren, um eine Ultraschallwelle zu übertragen.
Gemäß Anweisung der ECU 2 führt
die Kontrolleinheit 14 verschiedene Arbeitsvorgängen
aus.
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Eine
Signalverarbeitungseinheit 16 empfängt ein Signal
von dem Ultraschallmikrophon 11 und verstärkt
das empfangene Signal. Die Signalverarbeitungseinheit 16 führt
verschiedenste Berechnungen mit dem Signal durch um das Signal als
Ausgangssignal des Ultraschallsensors 1 auszugeben um beispielsweise
vor einem Hindernis zu warnen. Insbesondere wird das empfangene
Signal von einer Verstärkerschaltung (Amp), einem Bandpassfilter (EPF),
einer Demodulationsschaltung, und einer Wellenformgestaltungsschaltung
in der Signalverarbeitungseinheit 16 verarbeitet. In dem
Vergleicher (Comp) wird das verarbeitete Signal mit einem Schwellwert,
ausgegeben von einer Schwellwertsetzschaltung, verglichen.
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4 zeigt
ein Beispiel einer Wellenform eines Ausgangssignals des BPF. In 4 entspricht die
vertikale Achse einer Spannung mit der Einheit Volt (V), und die
horizontale Achse einer Zeit mit der Einheit Millisekunden (ms). 4 zeigt
ein Beispiel einer Wellenform eines Ausgangssignals in dem Fall indem
der Abstand zwischen dem Ultraschellsensor und dem Hindernis 690
mm beträgt. In 4 zeigt die Markierung A einen Übertragungsbereich,
die Markierung B einen Vibrationsunterdrückungsbereich,
die Markierung C einen Empfangsbereich, die Markierung den Schwellwert
und die Markierung E die Form einer von einem Hindernis reflektierten Schwelle.
In der Signalverarbeitungseinheit 16 wird eine Demodulation
und eine Gestaltung der Wellenform der reflektierten Wellenform
durchgeführt und die verarbeitete reflektierte Wellenform
wird mit dem Schwellwert verglichen.
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Die
Verstärkung des Amp kann schrittweise durch eine Verstärkerkontrollschaltung
der Signalverarbeitungseinheit 16 gewählt werden.
Die Verstärkerkontrollschaltung kann über einen
Mikrocomputer in der Signalverarbeitungseinheit 16 durch
die Steuereinheit 14 gesteuert werden. Der BPF ist ein
Filter vom Schalt-Kondensator-Typ. Eine Zentralfrequenz und ein
Q-Wert des BPF kann mittels eines Mikrocomputers in der Signalverarbeitungseinheit 16 durch
die Steuereinheit 14 gemäß der Treiberfrequenz
des Ultraschallmikrophons 11 ausgewählt werden.
Der Schwellwert wird vorab gemäß seiner Richtungscharakteristik
des Ultraschallsensors 1, die den Erkennungsbereich umfasst,
in welchem der Ultraschallsensor 1 einen Gegenstand erkennen
soll, ermittelt. Wenn ein Mikrocomputer der Signalverarbeitungseinheit 16 erkennt,
dass ein empfangenes Signal durch den Amp, den BPF, die Demodulationsschaltung,
und die Wellenformgestaltungsschaltung verarbeitete wurde, größer
ist als der Schwellwert basierend auf dem Ausgangssignal des Vergleichers, sendet
die Signalverarbeitungseinheit 16 ein Zeitsignal zu diesem
Zeitpunkt, zu der ECU 2 über die Steuereinheit 14 mittels
des fahrzeugintegrierten LAN's. Die ECU 2 ermittelt den
Abstand und/oder die Position relativ zu einem Hindernis gemäß dem
Zeitsignal, das von der Signalverarbeitungseinheit 16 gesendet wurde
und veranlasst die Vorrichtung 4 und/oder die Hupe 3 einen
Warnvorgang durchzuführen. Die ECU 2 ermittelt
die Position des Hindernisses auf der Grundlage des Ultraschallsensors
aus den vielen Ultraschallsensoren 1 der das Zeitsignal
gesendet hat.
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Die
Erfinder haben Forschungen an einem Einzelelement des Ultraschallmikrophons 11 einschließlich
eine Kombination aus einem Äquivalentreinkondensator C1,
einer Äquivalentreinspule L1 und einem Äquivalentreinwiderstand
R1 und außerdem eines Äquivalentparallelkondensator
C0 durchgeführt. Daraus folgend haben die Erfinder festgestellt,
dass wenn eine Spule L2 in Reihe zwischen der Treiberschaltung 15,
die das Ultraschallmikrophon 11 betreibt, und dem Ultraschallmikrophon 11 verbunden
ist, ein ausgezeichneter Höchstwert im Schalldruck erhalten
werden kann, wie er von dem Ultraschallmikrophon 11 bei
einer Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz F0 des Äquivalenzreihenkondensators
C1 und der Äquivalenzreihenspule L1 ausgesendet wird. Zusätzlich
haben die Erfinder herausgefunden, dass ein ausgezeichneter Höchstwert
in einem Schalldruck erhalten wird wie er von dem Ultraschallmikrophon 11 bei
einer Treibfrequenz gleich der Resonanzfrequenz Fp entsprechend
dem Äquivalenzparallelkondensators C0 und der Spule L2
gesendet wird.
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Im
Folgenden wird dieses Phänomen in Bezug auf die 4A bis 6B beschrieben. 5A ist
ein schematisches Diagramm, das ein gewöhnliches Ultraschallmikrophon
und seine Treiberschaltung gemäß dem Stand der
Technik zeigt. 5B ist ein Graph, der ein Beispiel
einer Frequenzcharakteristik eines Schalldruckes zeigt, wie er von
einem gewöhnlichen Ultraschallmikrophon gemäß 5A gemäß dem
Stand der Technik ausgegeben wird. 6A zeigt
in dem Graph eines Beispiels einer Frequenz charakteristik eine Spannung
zwischen Mikrophonanschlüssen des Ultraschallmikrophons 11 gemäß einer
Ausführungsform. 6B zeigt
ein Graph eines Beispiels einer Frequenzcharakteristik eines Schalldrucks
ausgesandt in einem Ultraschallmikrophon 11 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform.
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Wie
es in der 5A zu entnehmen ist, umfasst
ein gewöhnliches Ultraschallmikrophon eine Kombination
eines Äquivalenzreihenkondensators C1, einer Äquivalenzreihenspule
L1, eines Äquivalenzreihenwiderstandes R1 und eines Äquivalenzparallelkondensators
C0. Im Unterschied zu dem Ultraschallmikrophon 11 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist bei dem gewöhnlichen
Ultraschalmikrophon keine Spule zwischen der Treiberschaltung und dem
Ultraschallmikrophon vorgesehen. Zur Vereinfachung der Darstellung
ist in 5A die Treiberschaltung vereinfacht
durch die Bezeichnung F dargestellt. In dem gewöhnlichen
Ultraschallmikrophon erreicht der übertragene Schalldruck
ein Maximum, es kann daher ein ausgezeichneter Höchstwert
bei einer Frequenz gemäß der Beziehung F0 = [1/(4·π2·Induktivität L1·Kapazität
C1)]0,5 erhalten werden. In dem Beispiel
des gewöhnlichen Ultraschallmikrophons in 5B ist
die Induktivität von L1 und die Kapazität von
C1 derart ausgewählt, dass sich eine Resonanzfrequenz F0
von ungefähr 45,7 kHz ergibt. Wie in 5B gezeigt
lässt sich bei etwa 45,7 kHz ein ausgezeichneter Höchstwert
im übertragenen Schalldruck ermitteln. In 5B entspricht
die vertikale Achse dem Schalldruck mit einer Einheit von dB (0 dB
= 20 μPa), und die horizontale Achse entspricht der Zeit
mit einer Einheit von Millisekunden (ms).
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Im
Gegensatz dazu legt in dem Ultraschallmikrophon 11 der
vorliegenden Ausführungsform eine Resonanzschaltung mit
der Spule L2, mit dem Kondensator C2 und dem Äquivalenzparallelkondensator
C0 eine Spannung zwischen den Mikrophonanschlüssen und
dem Ultraschallmikrophon 11 an. Die Spannung wird maximal
bei einer Resonanzfrequenz Fp = [1/{4·π2·Induktivität L2·(Kapazität
C0 + Kapazität C2)}]0,5. Beispielsweise
in dem Fall, wo die Induktivität der Spule L2, die Kapazität
von C0, und die Kapazität von C2 so gewählt sind,
um eine Resonanzfrequenz Fp von ungefähr 51,6 kHz gemäß 6A zu
erhalten, ergibt sich ein großer Spannungshöchstwert
zwischen den Mikrophonanschlüssen bei ungefähr
51,6 kHz. In 6A entspricht die vertikale
Achse einer Spannung mit einer Einheit von dbVrms (0 dB = 1 Vrms),
und die horizontale Achse entspricht einer Frequenz mit einer Einheit
kHz. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird angenommen, dass die Induktivität L1 und Kapazität
C1 so gewählt sind, dass sich eine Resonanzfrequenz F0
von etwa 45,7 kHz für das Ultraschallmikrophon 11 ergibt.
Wie in 6A gezeigt, lässt sich
damit zwischen den Mikrophonanschlüssen ein kleiner Peak
bei ungefähr 45,7 kHz erhalten.
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Außerdem
lassen sich in der Frequenzcharakteristik des von den Ultraschallmikrophon 11 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform übermittelten Schalldrucks
wie in 6B gezeigt ausgezeichnete Höchstwerte
mit großen und kleinen Spannungshöchstwerten zwischen
den Mikrophonanschlüssen bei beiden Frequenzen von ungefähr
45,7 kHz und ungefähr 51,6 kHz entsprechend der Resonanzfrequenz
F0 und der Resonanzfrequenz Fp erhalten. Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform veranlasst jede der beiden
Treiberfrequenzen, die der Resonanzfrequenz F0 und der Treiberfrequenz die
der Resonanzfrequenz Fp entspricht das einzelne Element des Ultraschallmikrophons 11 dazu
einen ausgezeichneten Schalldruck zu senden. Damit kann das einzelne
Element des Ultraschallmikrophons 11 außerdem
eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik in zwei verschiedenen
Bereichen gewährleisten. In 6B entspricht
die vertikale Achse den Schalldruck mit einer Einheit von dB (0
dB = 20 μPa) und die horizontale Achse einer Zeit mit einer
Einheit von Millisekunden (ms).
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Die
Richtungscharakteristik von dem Ultraschallmikrophon 11 übertragenen
Schalldruck wird weit, wenn die Treiberfrequenz niedrig wird und
wird schmal, wenn die Treiberfrequenz hoch wird. Das einzelne Element
eines Ultraschallmikrophons 11 entsprechend der vorliegenden
Struktur kann daher zwei Arten von ausgezeichneter Richtungscharakteristik
in verschiedenen Bereichen aufweisen. Eine passende Richtungscharakteristik
lässt sich durch die entsprechende Auswahl der Treiberfrequenzen gemäß des
Erkennungsabstandes erhalten. Die Erkennungsbereiche lassen sich
leicht entsprechend der Erkennungsentfernung bestimmen. Das Ultraschallmikrophon 11 kann
außerdem abwechselnd bei einer Treiberfrequenz gemäß der
Resonanzfrequenz F0 und der Treiberfrequenz gemäß der
Resonanzfrequenz Fp betrieben werden. Der Erkennungsbereich des
Ultraschallsensors in einem Einzelelement eines Ultraschallmikro phons
kann daher vergrößert werden. Entsprechend kann
sich die Anzahl der Ultraschallsensoren in dem Fall, in dem mehrere
Ultraschallsensoren mit verschiedenen Richtungscharakteristiken üblicherweise
eingesetzt wurden verringert werden.
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Im
Folgenden wird in Bezug auf 7A bis 9B ein
Arbeitsablauf der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung
im Detail beschrieben. 7 ist ein Graph,
der beispielhaft die Richtungscharakteristik eines übertragenen
Schalldruckes zeigt für den Fall, dass das Ultraschallmikrophon 11 bei
einer Treiberfrequenz von 45,7 kHz betrieben wird. In 7A entspricht
die vertikale Achse dem Schalldruck mit einer Einheit von Dezibel
(dB), und die horizontale Achse entspricht einem Winkel (Grad).
In 7A zeigt die durchgezogene Linie die Richtungscharakteristik
in horizontaler Richtung und die gestrichelte Linie die Richtungscharakteristik
in vertikaler Richtung. 7B zeigt
ein Beispiel einer Richtungscharakteristik eines übertragenen
Schalldrucks für den Fall, dass das Ultraschallmikrophon 11 bei
einer Treiberfrequenz von 51,6 kHz betrieben wird. In 7B entspricht
die vertikale Achse einem Schalldruck mit einer Einheit von Dezibel
(dB), und die horizontale Achse entspricht einem Winkel (Grad).
In 7B zeigt die durchgezogenen Linie eine Richtungscharakteristik
in horizontaler Richtung, und die gestrichelte Linie eine Richtungscharakteristik
in vertikaler Richtung. 8A ist
eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs eines gewöhnlichen
Mittelstreckenultraschallsensors in vertikaler Richtung gemäß der
Standardtechnik. 8B ist eine schematische Ansicht
eines Erkennungsbereichs eines gewöhnlichen Mittelstreckenultraschallsensors
in horizontaler Richtung gemäß dem Stand der Technik. 9A ist
eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs eines gewöhnlichen
Kurzstreckenultraschallsensors in vertikaler Richtung gemäß dem
Stand der Technik. 9b ist eine schematische Ansicht
eines Erkennungsbereichs eines gewöhnlichen Kurzstreckenultraschallsensors
in horizontaler Richtung gemäß dem Stand der Technik. 10A ist eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs
eines Ultraschallsensors in vertikaler Richtung gemäß einem vorliegenden
Ausführungsbeispiel. 10B ist
eine schematische Ansicht eines Erkennungsbereichs eines Ultraschallsensors 1 in
horizontaler Richtung gemäß einem vorliegenden
Ausführungsbeispiel.
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Wird
das Ultraschallmikrophon 11 bei einer Treiberfrequenz von
45,7 kHz, also niedriger als die Treiberfrequenz von 51,6 kHz betrieben,
ist die Richtungscharakteristik des übertragenen Schalldrucks wie
in 7A gezeigt weiter in beiden, der horizontalen
und der vertikalen Richtung als die Richtungscharakteristik des übertragenen
Schalldrucks wie in 7B gezeigt, wenn das Ultraschallmikrophon 11 bei
der Treiberfrequenz von 51,6 kHz betrieben wird. Wie aus der Richtungscharakteristik
des übertragenen Schalldrucks in 7A zu
erkennen ist, hat der Ultraschallsensor 1 einen Erkennungsbereich
von ±90 Grad in beiden, der horizontalen und vertikalen Richtungen
und ist geeignet, Hindernisse zu erkennen, die innerhalb des Erkennungsbereiches
sich in kurzer Entfernung befinden. Wenn jedoch die aus der Richtungscharakteristik
des übermittelten Schalldrucks in 7A zu
erkennen ist, der Schwellwert erhöht wird um ein Hindernis
in einer großen Entfernung von mehreren Meter zu erkennen,
wird der Ultraschallsensor 1 eine Straßenoberfläche,
einen Randstein auf der Straßenoberfläche eines
Parkplatzes oder Ähnliches als Hindernis erkennen, da der Ultraschallsensor 1 eine
weite Richtungscharakteristik aufweist. Dementsprechend ist es schwierig
den Ultraschallsensor 1 zur Erkennung von Hindernissen in
größer Entfernung einzusetzen. Unter Berücksichtigung
des Vorangehenden, wird für den Ultraschallsensor 1 gefordert
ein Hindernis in großer Entfernung von mehreren Metern
zu erkennen, ohne die Straßenoberfläche, einen
Randstein auf der Straße in einem Parkplatz oder Ähnliches
als Hindernis zu erkennen. Wie aber auch der Richtungscharakteristik des übertragenen
Schalldrucks gemäß 7A hervorgeht,
kann das Ultraschallmikrophon 11 selbst wenn der Schwellwert
soweit wie möglich verringert wurde kein Hindernis in kurzer
Entfernung, wie beispielsweise mehrere 10 cm in horizontaler Richtung und
gleichzeitig ein Hindernis in einem Bereich von etwa ±90
Grad in vertikaler Richtung erkennen.
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Im
Gegensatz dazu, falls das Ultraschallmikrophon 11 in einer
Frequenz von 51,6 kHz, also höher als die Treiberfrequenz
von 45,7 kHz betrieben wird, ist die Richtungscharakteristik des übertragenen Schalldrucks,
wie in 7B gezeigt, schmaler in beiden,
der horizontalen und der vertikalen Richtung als die Richtungscharakteristik
des übertragenen Schalldrucks in 7A, in
der das Ultraschallmikrophon 11 bei der Treiberfrequenz
45,7 kHz betrieben wird. In diesem Fall ist der Ultraschallsensor 1 geeignet,
Hindernisse in einer großen Entfernung von mehreren Meter
zu erkennen, ohne die Straßenoberfläche, einen
Randstein auf der Straßenoberfläche eines Parkplatzes
oder Ähnliches zu erkennen. Jedoch wie aus der Richtungscharakteristik
des übertragenen Schalldrucks gemäß 7B hervorgeht,
selbst wenn der Schwellwert soweit verringert wird wie möglich, kann
das Ultraschallmikrophon 11 kein Hindernis in kurzer Entfernung,
beispielsweise mehrere 10 cm in horizontaler Richtung und gleichzeitig
ein Hindernis in einem Bereich ±90 Grad in vertikaler Richtung
erkennen.
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In
einem Beispiel, in dem ein gewöhnlicher Ultraschallsensor
mit einem Ultraschallmikrophon bei der Treiberfrequenz von 51,6
kHz betrieben wird, entsteht ein Totband (Totzone) wie in 8A gezeigt
in dem Bereich von ca. ±90 Grad in kurzer Entfernung in
vertikaler Richtung im Ort des Ultraschellsensors 1 betrachtet.
Zusätzlich ist in 8B ein
Totband gezeigt, das in einem Bereich von ungefähr ±90
Grad in einer kurzen Entfernung in horizontaler Richtung von dem
Ort des Ultraschallsensors 1 aus betrachtet entsteht. In
dem Totband von beiden, vertikaler und horizontaler Richtung, kann
also kein Hindernis erkannt werden. Außerdem wird in einem
Beispiel eines gewöhnlichen Ultraschallsensors in der ein
Ultraschallmikrophon bei einer Treiberfrequenz von 45,7 kHz betrieben
wird, wie in 9A und 9B dargestellt sich
nahezu kein Totband in horizontaler und vertikaler Richtung in kurzer
Entfernung vom Ort des Ultraschallsensors 1 entwickeln.
Wird jedoch der Erkennungsabstand erhöht, wird in diesem
Fall die Straßenoberfläche, der Randstein auf
der Straßenoberfläche in einem Parkbereich oder Ähnliches
fehlerhaft erkannt. Es ist daher schwierig ein Hindernis in großer
Entfernung von mehreren Meter zuverlässig zu erkennen.
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Im
Gegensatz dazu weist der Ultraschallsensor 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform zwei Arten ausgezeichneter
Richtungscharakteristik in verschiedenen Bereichen aufgrund des
abwechselnden Schaltens der Treiberfrequenz des Ultraschallmikrophons 11 zwischen
51,6 kHz und 45,7 kHz auf. Wie in 10A und 10B gezeigt, ist das Einzelelement des Ultraschallmikrophons 11 des
Ultraschallsensors 1 in der Lage einen Erkennungsbereich
mit einem schmaleren Todband bereitzustellen. Außerdem
wechselt die Resonanzfrequenz Fp gemäß der oben
beschriebenen Struktur gemäß der Kapazität
des Kondensators C2 welcher parallel mit dem Ultraschallmikrophon 11 verbunden
ist. Ohne die Gesamtstruktur des Ultraschallmikrophons 11 zu verändern, kann
daher die Resonanzfrequenz Fp durch entsprechende Auswahl eines
Universalkondensators als Kondensator C2 aus verschiedenen Kondensatoren
mit verschiedenen Kapazitäten und Verbinden des ausgewählten
Kondensators parallel zu dem Ultraschallmikrophon 11 willkürlich
gewählt werden. Es lassen sich daher verschiedenste Arten von
Ultraschallsensoren 1 mit verschiedenen Richtungscharakteristiken
sehr einfach herstellen.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Kondensator
C2 parallel zu dem Ultraschall 11 verbunden. Es soll angemerkt
werden, dass die Struktur des Ultraschallsensors 1 nicht
auf die obenstehende Struktur beschränkt ist. Beispielsweise muss
gemäß 11 der
Kondensator C2 nicht mit dem Ultraschallmikrophon 11 verbunden
sein. Selbst bei dieser Struktur lässt sich die Resonanzfrequenz F0
gemäß der Beziehung F0 = [1/(4·π2·Induktivität L1·Kapazität
C1)]0,5 bestimmen. Zusätzlich lässt
sich die Resonanzfrequenz Fp gemäß der Beziehung
Fp = [1/(4·π2·Induktivität
L2·Kapazität C0)]0,5 bestimmen. Es
kann daher zwischen zwei Richtungscharakteristiken mit einer höheren
Empfindlichkeit leicht in dem Einzelelement des Ultraschallmikrophons 11 des
Ultraschallsensors 1 hin und her geschaltet werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst
außerdem folgende Ausführungsformen. Im Folgenden
wird eine weitere Ausführungsform in Bezug auf 12 beschrieben. 12 ist
ein Blockdiagramm einer Übersichtsstruktur eines Beispiels
eines Ultraschallsensors 1.
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Der
Ultraschallsensor 1 gemäß 12 unterscheidet
sich vom Ultraschallsensor 1 durch zusätzliche
vielfache Kondensatoren C2 von denen jeder parallel mit dem Ultraschallmikrophon 11 verbunden
ist und der zusätzlichen Funktion die Induktivität der
Spule L2 schrittweise zu schalten, um so getrennt voneinander einen
wirksamen und einen nichtwirksamen Zustand jeder Verbindung der
Kondensatoren C2 und der Spulen L2 zu ermöglichen. Insbesondere sind
gemäß 12 Schalter 17 für
die vielen Kondensatoren C2 vorgesehen um auf Anweisung der Steuereinheit 14 hin
die Kondensatoren C2 zu- oder abzuschalten. Die Resonanzfrequenz
Fp lässt sich schrittweise durch Än dern des Schaltzustandes
(Verbindungszustandes) von jedem der Vielfachschalter 17 ändern,
um die Anzahl der mit dem Ultraschallmikrophon 11 verbundenen
Kondensatoren C2 zu ändern. Wie im Beispiel gemäß 12 wird
die Resonanzfrequenz Fp schrittweise durch Ändern des Schaltzustandes
von jedem der beiden Schalter 17 geändert, um
die Anzahl der Kondensatoren C2, die parallel zum Ultraschallmikrophon 11 geschaltet
sind, auf entweder 0, 1 oder 2, schrittweise zu ändern.
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Gemäß 12 sind
Schalter 18 vorgesehen, um die Vielzahl von Spulen L2 gemäß einem
Befehl einer Steuereinheit 14 zu- oder abzuschalten. Die
Resonanzfrequenz Fp lässt sich schrittweise durch das Ändern
des Schaltzustandes von jedem der Vielfachschalter 18 durch Änderung
der Anzahl der Spulen L2, welche in Reihe zwischen die Treiberschalung 15 und
das Ultraschallmikrophon 11 geschalten sind, ändern.
In dem Beispiel gemäß der 12 lässt
sich die Resonanzfrequenz Fp schrittweise durch Ändern
des Schaltzustandes jedes der beiden Schalter 18 derart ändern,
dass die Anzahl der Spulen L2 die Reihe zwischen die Treiberschaltung
und das Ultraschallmikrophon 11 geschaltet sind, auf 1
oder 2 ändern. In dem Beispiel gemäß 12 lässt
sich die Anzahl der Kondensatoren C2, die parallel zum Ultraschallmikrophon 11 geschaltet sind,
zwischen 0, 1 und 2 durch schrittweises Schalten der beiden Schalter 17 auswählen.
Außerdem lässt sich die Anzahl der Spulen L2,
die in Reihe zwischen das Ultraschallmikrophon 11 und die
Treiberschaltung 12 geschaltete sind durch Ändern
der Schaltzustände der beiden Schalter 18 zwischen
1 oder 2 auswählen. Demgemäß lassen sich
3 × 2 = 6 Arten von Werten der Resonanzfrequenz Fp auswählen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform lässt sich die
Anzahl der Kondensatoren C2 die parallel zu dem Ultraschallmikrophon 11 geschaltet
sind in drei Schritten durch Änderung des Schaltzustandes
der beiden Schalter 17 auswählen. Die Schaltstruktur
der Kondensatoren 12 ist nicht auf die beschriebene Struktur
beschränkt beispielsweise kann die Anzahl der Kondensatoren
C2 welche parallel zu dem Ultraschallmikrophon 11 geschaltet
sind durch Änderung des Schaltzustandes von einem der Schalter 17 in zwei
Schritten geändert werden. Alternativ dazu ließe sich
auch die Anzahl der Kondensatoren C2 die parallel zu dem Ultraschallmikrophon 11 geschaltet
sind in vier oder mehr Schritten durch Änderung des Schaltzustandes
von einem von drei oder mehreren Schaltern 17 schrittweise ändern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
lässt sich die Anzahl der Spulen L2 welche in Reihe zwischen
dem Ultraschallmikrophon 11 der Treiberschaltung 15 geschaltet sind
in zwei Schritten durch Änderung des Schaltzustandes von
jedem der beiden Schalter 18 ändern. Die Schaltstruktur
der Spulen L2 ist nicht auf die beschriebene Struktur beschränkt.
Beispielsweise lässt sich die Anzahl der Spulen L2 die
in Reihe zwischen dem Ultraschallmikrophon 11 und der Treiberschaltung 15 geschaltet
sind auch in drei oder mehreren Schritten durch ändern
des Schaltzustandes von jedem der drei oder mehr Schalter 18 ändern.
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Außerdem
lässt sich gemäß der beschriebenen Ausführungsform
die Vielzahl der Spulen L2 schrittweise An- und Abschalten um die
Induktivität der Spule L2 zu verändern. Die Schaltstruktur
der Spulen L2 ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Beispielsweise kann ein Zwischenabgriff an
dem einzelnen Element einer Spule L2 vorgesehen sein, und die Induktivität
der Spule L2 lässt sich schrittweise ändern durch
Schalten der elektrischen Verbindung des Zwischenabgriffs. Auch
andere Verfahren zum Ändern der Induktivität der
Spule L2 können angewandt werden. Außerdem wird
in der vorliegenden Ausführungsform der Resonanzfrequenz
Fp schrittweise geändert durch An- und Ausschalten jeder
Verbindung der Vielzahl von Kondensatoren C2. Außerdem
wird die Resonanzfrequenz Fp schrittweise durch ändern
der Induktivität der Spulen L2 eingestellt. Die Schaltstruktur
ist nicht beschränkt auf das vorliegende Ausführungsbeispiel.
Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz Fp schrittweise durch alleiniges
An- und Abschalten jeder Verbindung der Vielzahl von Kondensatoren
C2 bewirkt werden. Zusätzlich lässt sich die Resonanzfrequenz
Fp schrittweise allein durch ändern der Induktivität
der Spule L2 bewirken.
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In
jeder der obengenannten Strukturen kann einer von zwei oder mehreren
Werten der Resonanzfrequenz Fp ausgewählt werden. Das einzelne
Element des Ultraschallmikrophons 11 des Ultraschallsensors 1 ist
daher in der Lage eine ausgezeichnete von drei oder mehreren Richtungscharakteristiken
in verschiedenen Bereichen auszuwählen. Außerdem kann
in jeder der obengenannten Strukturen eine spezielle Frequenz ganz
präzise aus den Treiberfrequenzen entsprechend in dem Erkennungsabstand ausgewählt
werden. Es ist daher möglich eine Richtungscharakteristik
noch einfacher gemäß dem Erkennungsabstand auszuwählen
und der Erkennungsbereich kann noch leichter bestimmt werden.
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In
der obengenannten Ausführungsform ist die Spule L2 in Reihe
zwischen dem Ultraschallmikrophon 11 und der Treiberschaltung 15 angeordnet. Es
soll angemerkt werden, dass die Struktur des Ultraschallsensors 1 nicht
auf die oben beschriebene Struktur beschränkt ist. Zum
Beispiel kann auch ein Wandler TR zwischen dem Ultraschallmikrophon 11 und
der Treiberschaltung 15 angeordnet sein. Im weiteren wird
der Ultraschallsensor mit dem Wandler TR zwischen dem Ultraschallmikrophon 11 und
der Treiberschaltung 15 als Ultraschallsensor 1a bezeichnet. An
Stelle der Spule L2 des Ultraschallsensors 1 in 11 kann
der Wandler TR bereitgestellt sein und den Ultraschallsensor 1a gemäß 13 zu
Konfigurieren. Auch gemäß der vorliegenden Struktur
kann ein ausgezeichneter Höchstwert des Schalldruckes der
vom Ultraschallmikrophon 11 bei einer Treiberfrequenz leichte
Resonanzfrequenz F0 des Equivalentreihenkondensators C1 und in der
Equivalentreihenspule L1 erhalten werden. Außerdem kann
ein ausgezeichneter Höchstwert des Schalldruckes übertragen
von dem Ultraschallmikrophon 11 bei einer Treiberfrequenz
gleich der Resonanzfrequenz Fp des Equivalentparallelkondensators
C0 und des Wandlers TR erhalten werden. Ähnlich zum Ultraschallsensor 1 kann
daher eine hervorragende Richtungscharakteristik leicht aus mehreren
Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Bereichen in einem einzelnen
Element des Ultraschallmikrophons 11 des Ultraschallsensors 1a ausgewählt
werden.
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In
dem Ultraschallsensor 1a gemäß 13 lässt
sich die Resonanzfrequenz F0 gemäß der Beziehung
F0 = [1/(4·π2 Induktivität
L1·Kapazität C1)]0.5 bestimmen.
Außerdem lässt sich die Resonanzfrequenz Fp entsprechend
der Gleichung Fp = [1/(4·π2·Induktivitäskomponente
TR·Kapazität von C0)]0.5 bestimmen.
Eine Richtungscharakteristik mit größerer Empfindlichkeit
kann daher einfach aus zwei Richtungscharakteristiken des einzelnen
Elements des Ultraschallmikrophons 11 des Ultraschallsensors 1 ausgewählt
werden.
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Alternativ
dazu, zum Beispiel an Stelle der Spule L2 des Ultraschallsensors 1 in 2 kann
ein Wandler TR bereitgestellt werden um den Ultraschallsensor 1a gemäß 14 zu
figurieren. Auch in diese kann ähnlich zu dem Ultraschallsensor 1 eine hervorragende
Richtungscharakteristik leicht aus einer Vielzahl von Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Bereichen in einem einzelnen Element des Ultraschallmikrophons 11 in
dem Ultraschallsensor 1a ausgewählt werden. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ändert sich die Resonanzfrequenz
Fp entsprechend der Kapazität des Kondensators C2 der parallel
zu dem Ultraschallmikrophon 11 angeschlossen ist. Um die
Gesamtstruktur des Ultraschallmikrophons 11 zu ändern
kann die Resonanzfrequenz Fp allein durch beliebiges auswählen
eines Universalkondensators als ein Kondensator C2 aus einer Vielzahl
von Kondensatoren mit verschiedenen Kapazitäten um dann
den ausgewählten Kondensator parallel zum Ultraschallmikrophon 11 zu
schalten. Auf die Art und Weise lassen sich viele verschiedenen
Ultraschallsensoren 1a mit verschiedenen Richtungscharakteristiken
einfach fertigen.
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Alternativ
dazu kann an Stelle der Spule L2 des Ultraschallsensors 1 aus 12 ein
Wandler CR bereitgestellt werden um den Ultraschallsensor 1a gemäß 15 zu
konfigurieren. In der Struktur gemäß 12 lässt
sich für jede Verbindung der Vielzahl von Spulen L2 ein
wirksamer bzw. ein nicht wirksamer Zustand schalten. Im Gegensatz
dazu hat der Wandler TR in der Struktur gemäß 15 als
ein einzelnes Element einen Zwischenabgriff, und eine Induktivitätskomponente
des Wandlers TR ist schrittweise geschaltet. In Verbindung mit der
Bereitstellung des Zwischenabgriffs, werden Vielfachschalter 19 in
der Struktur gemäß 15 bereitgestellt
an Stelle der Schalter 18 von 12. Der
Schaltzustand eines jeden der Vielfachschalter 19 ist gemäß einer Anweisung
der ECU 2 zu ändern um ein schrittweises Schalten
der Induktivität des Wandlers TR, der zwischen dem Ultraschallmikrophon 11 und
der Treiberschaltung 15 angeordnet ist, zu veranlassen.
Die Resonanzfrequenz Fp kann schrittweise durch die Änderung
des Schaltzustandes von jedem der Vielfachschalter 19 geändert
werden, so dass eine Verbindung mit dem Hochspannungsanschluss (Original Anschluß)
des Wandlers TR und eine Verbindung mit dem Zwischenabgriffs des
Wandlers TR sich in einem ON Zustand befindet. In dem Bespiel in 15 wird
der Schaltzustand der beiden Schalter 19 derart geändert
so dass schrittweise eine der Verbindungen mit dem Hochspannungsanschluss
(Original Anschluss) des Wandlers TR und die Verbindung mit dem Zwischenabgriff
des Wandlers TR, hergestellt wird um dadurch schrittweise die Resonanzfrequenz Fp
zu ändern.
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Auch
in dieser Ausführungsform, ähnlich dem Ultraschallsensor 1,
kann eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik ebenfalls aus der
Vielzahl der Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Bereichen
in dem einzigen Ultraschallmikrophon 11 des Ultraschallsensors 1a ausgewählt
werden. In dieser Ausführungsform kann ebenfalls einer
von zwei oder mehr Werten der Resonanzfrequenz Fp ausgewählt werden.
Das einzige Ultraschallmikrophon 11 des Ultraschallsensor 1a ist
daher geeignet einfach eine von drei oder mehreren ausgezeichneten
Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Bereichen auszuwählen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann eine besondere
Frequenz präzise aus den Treiberfrequenzen gemäß der
Erkennungsentfernung ausgewählt werden. Eine Richtungscharakteristik
kann außerdem gemäß des Erkennungsabstandes
angemessen ausgewählt werden und die Erkennungsbereiche
noch einfacher spezifiziert werden.
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Gemäß der
oben beschriebenen Ausführungsform umfasst das Ultraschallmikrofon 11 eine Kombination
von Äquivalentreihenkondensator C1, der Äquivalentreihenspule
L1 und dem Äquivalentreihenwiderstand R1. Die Struktur
des Ultraschallmikrofons 11 ist nicht beschränkt
auf die oben stehende Struktur. Zum Beispiel kann das Ultraschallmikrofon 11 zwei
oder mehr Kombinationen von Äquivalentreihenkondensator
C1, der Äquivalentreihenspule L1 und dem Reihenwiderstand
R1 enthalten.
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Gemäß der
oben beschriebenen Ausführungsform wird der Ultraschallsensor 1, 1a für
ein Hinderniserkennungssystem 100 eines Fahrzeugs angewandt.
Die Anwendung des Ultraschallsensors 1, 1a ist
nicht beschränkt auf das oben beschriebene Beispiel. Beispielsweise
kann der Ultraschallsensor 1, 1a auch auf andere
Systeme zum Erkennen eines Objektes welches eine Ultraschallwelle
nutzt angewandt werden.
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Die
oben benannten Ausführungsformen zusammengefasst, umfasst
der Ultraschallsensor einen einzigen Ultraschallsender mit wenigstens
einer Kombination von einem Äquivalentserienkondensator
C1, einer Äquivalentserienspule L1 und einem Äquivalentserienwiderstand
R1. Der Ultraschallsender umfasst weiterhin einen Äquivalentparallelkondensator
C0. Der Ultraschallsensor umfasst außerdem eine Treiberschaltung
zum Betreiben des Ultraschallsenders. Eine Spule L2 ist in Reihe
zwischen den Ultraschallsender und die Treiberschaltung geschaltet.
Die Treiberschaltung ist geeignet um die Treiberfrequenz des Ultraschallsenders
umzuschalten. Die Resonanzfrequenz F0 ergibt sich aus dem Äquivalentserienkondensator
C1 und der Äquivalentserienspule L1. Die Resonanzfrequenz
Fp wird aus wenigstens dem Äquivalentparallelkondensator C0
und der Spule L2 bestimmt. Die Treiberschaltung ist geeignet um
den Ultraschallsender zu betreiben während die Treiberfrequenz
auf eine der Resonanzfrequenzen F0 und Fp umgeschaltet wird.
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Die
Erfinder untersuchten einen einzigen Ultraschallsender mit wenigstens
einer Kombination von einem Äquivalentserienkondensator
C1, einer Äquivalentserienspule L1 und einem Äquivalentserienwiderstand
R1, und außerdem einem Äquivalentparallelkondensator
C0. Die Erfinder fanden heraus dass wenn die Spule L2 zwischen einer
Treiberschaltung die den Ultraschallsender betreibt und dem Ultraschallsender
verbunden ist ein hervorragender Höchstwert des Schalldruckes
der von dem Ultraschallsender bei einer Treiberfrequenz gleich der
Resonanzfrequenz F0 des Äquivalentserienkondensators C1
und der Äquivalentserienspule L1 übermittelt wird,
erhalten werden kann. Zusätzlich haben die Erfinder heraus
gefunden dass ein weiterer ausgezeichneter Höchstwert eines
Schalldruckes wie er von dem Ultraschallsender bei einer Treiberfrequenz gleich
der Resonanzfrequenz Fp gemäß wenigstens den Äquivalentparallelkondensator
C0 und der Spule L2 erhalten werden kann.
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In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel lässt sich
ein ausgezeichneter Höchstwert eines Schalldruckes, übertragen
von dem Ultraschallsender, bei der Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz
F0 erhalten. Außerdem lässt sich ein weiterer ausgezeichneter
Höchstwert des Schalldruckes wie er von dem Ultraschallsender
bei der Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz Fp übermittelt
wird erhalten. Wenn daher der Ultraschallsender während des
Umschaltens der Treiberfrequenz betrieben wird, lässt sich
eine ausgezeichnet übertragener Schalldruck nur dann erzeugen
wenn jede der vielen Treiberfrequenzen auf entweder die Resonanzfrequenz F0
oder die Resonanzfrequenz Fp umgeschaltet wird. Eine ausgezeichnete
Richtungscharakteristik kann daher noch leichter aus den Richtungscharakteristiken
in dem einzigen Element des Ultraschallsenders des Ultraschallsensors
ausgewählt werden.
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Eine
Richtungscharakteristik eines Schalldrucks übermittelt
von dem Ultraschallsender wird weit wenn die Treiberfrequenz klein
wird und wird schmal wenn die Treiberfrequenz groß wird.
Der einzige Ultraschallsender des Ultraschallsensors gemäß der
vorliegenden Ausführungsform kann daher viele ausgezeichnete
Richtungscharakteristiken in verschiedenen Bereichen durch Umschalten
der Treiberfrequenz aufweisen. Eine geeignete Richtungscharakteristik
kann daher durch die Auswahl einer der Treiberfrequenzen gemäß des
Erkennungsabstandes ausgewählt werden. Die Erkennungsbereiche
können daher gemäß dem Erkennungsabstand
leicht gesetzt werden. Außerdem kann der Erkennungsbereich
des einzigen Elements des Ultraschallsensors vergrößert
werden. Daher kann die Anzahl der Ultraschallsensorelemente reduziert
werden auch unter Umständen wo viele gewöhnliche
Ultraschallelemente mit verschiedenen Richtungscharakteristiken
benötigt werden um einen großen Erkennungsbereich
abzudecken.
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In
dem Ultraschallsensor wird die Resonanzfrequenz durch den Äquivalentparallelkondensator C0
und die Spule L2 bestimmt und kann der Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators C0
und der Spule L2 entsprechen. Die Treiberschaltung ist konfiguriert
um den Ultraschallsender während des Umschaltens der Treiberfrequenz
auf einen der Resonanzfrequenzen F0 und Fp zu betreiben. Die Resonanzfrequenz
F0 lässt sich aus folgender Formel bestimmen: F0 = [1/(4·π2·Induktivität L1·Kapazität
C1)]0.5. Die Resonanzfrequenz Fp wird aus der
Formel Fp = [1/(4·π2·Induktivität
L2·Kapazität C0)]0.5 bestimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Resonanzfrequenz
F0 ein einziger Wert und die Resonanzfrequenz Fp ein weiterer einziger Wert.
Der einzige Ultraschallsender des Ultraschallsensors ist daher geeignet
hervorragend eine von zwei Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Bereichen
auszuwählen.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem einen Kondensator C2 umfassen
welcher parallel zu dem Ultraschallsender geschaltet ist. Die Resonanzfrequenz
die aus dem Äquivalentparallelkondensator C0 und der Spule
L2 bestimmt wird kann der Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators C0,
des Kondensators C2 und der Spule L2 entsprechen. Die Treiberschaltung
ist konfiguriert um den Ultraschallsender während des Umschaltens
der Treiberfrequenz auf eine der Resonanzfrequenzen F0 und Fp zu
betreiben. Die Resonanzfrequenz F0 wird entsprechend der Gleichung
F0 = [1/(4·π2·Induktivität L1·Kapazität
C1)]0.5. Die Resonanzfrequenz Fp wird aus
der Gleichung Fp = [1/{4·π2·Induktivität
L2·(Kapazität C0 + Kapazität C2)}]0.5. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Resonanzfrequenz F0 ein einziger Wert und die Resonanzfrequenz
Fp ein weiterer einziger Wert. Der einzige Ultraschallsender des
Ultraschallsensors ist geeignet um einfach exzellent eine von zwei
Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Bereichen auszuwählen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ändert
sich die Resonanzfrequenz Fp gemäß der Kapazität
des Kondensators C2 der parallel zu dem Ultraschallsender geschaltet
ist. Ohne die Gesamtstruktur des Ultraschallsenders zu verändern
kann die Resonanzfrequenz Fp einfach geändert werden dadurch
dass ein Kondensator als Kondensator C2 aus einer Vielzahl von Kondensatoren
mit verschiednen Kapazitäten ausgewählt wird und
der ausgewählte Kondensator parallel zu dem Ultraschallsender
geschaltet wird. Auf diese Weise können viele verschiedene
Ultraschallsensoren mit verschiedenen Richtungscharakteristiken
einfach hergestellt werden.
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In
dem Ultraschallsensor kann die Spule L2 in Reihe zwischen den Ultraschallsender
und der Treiberschaltung geschaltet sein, so dass eine Induktivität
schrittweise geändert werden kann. Die Resonanzfrequenz
aus dem Äquivalentparallelkondensator C0 und der Spule
L2 kann eine Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators
C0 und der Spule L2 entsprechen, wodurch die Induktivität schrittweise
geändert werden kann. Die Treiberschaltung ist konfiguriert
um den Ultraschallsender während des Umschaltens der Treiberfrequenz
auf entweder die Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz Fp
zu betreiben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist die Spule L2 in Reihe zwischen den Ultraschallsender und die
Treiberschaltung geschaltet, so dass die Induktivität schrittweise
geändert werden kann. Die Resonanzfrequenz Fp kann daher
aus mehreren Werten ausgewählt werden. Eine ausgezeichnete
Richtungscharakteristik kann daher noch einfacher aus drei oder
mehr Richtungscharakteristiken mit verschiedenen Richtungsbereichen
in dem einzigen Ultraschallsender des Ultraschallsensors ausgewählt
werden.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem viele Kondensatoren C2
enthalten wobei alle parallel zu dem Ultraschallsender geschaltet
sind. Die vielen Kondensatoren C2 sind so verschaltet, dass der
Verbindungszustand eines jeden der vielen Kondensatoren C2 individuell
zwischen einem kontaktierten und einem nicht kontaktierten Zustand
geschaltet werden können. Die Resonanzfrequenz aus dem Äquivalentparallelkondensator
C0 und der Spule L2 kann eine Resonanzfrequenz aus dem Äquivalentparallelkondensator
C0, dem Kondensator C2 einem Verbindungszustand, welcher einem kontaktierten
Zustand entspricht, und der Spule L2. Die Treiberschaltung ist konfiguriert
um den Ultraschallsender während des Umschaltens der Treiberfrequenz
auf eine Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz Fp zu betreiben.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
sind die Vielzahl der Kondensatoren C2 derart verbunden, dass der
Verbindungszustand von jedem der Vielzahl von Kondensatoren C2 individuell
zwischen einem kontaktierten und einem nicht kontaktierten Zustand
geschaltet werden kann. Die Resonanzfrequenz Fp kann daher aus einer
Vielzahl von Werten ausgewählt werden. Eine hervorragende Richtungscharakteristik
kann daher noch einfacher aus drei oder mehr Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Richtungsbereichen in dem einzigen Ultraschallsender
des Ultraschallsensors ausgewählt werden.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem eine Vielzahl von Kondensatoren
C2 enthalten die alle parallel mit dem Ultraschallsender verschaltet
sind. Die Vielzahl an Kondensatoren C2 kann so verbunden sein, dass
ein Verbindungszustand eines jeden der Vielzahl von Kondensatoren
C2 individuell zwischen einem kontaktierten und einem nicht kontaktierten Zustand
geschaltet werden können. Die Spule L2 kann in Reihe zwischen
den Ultraschallsender und die Treiberschaltung geschaltet sein,
so dass die Induktivität schrittweise variiert werden kann.
Die Resonanzfrequenz aus dem Äquivalentparallelkondensator
C0 und der Spule L2 kann eine Resonanzfrequenz aus des Äquivalentparallelkondensators
C0, des Kondensators C2, einem Verbindungszustand der einem kontaktierten
Zustand entspricht, und der Spule L2, und einer Induktivität
die schrittweise variabel ist entsprechen. Die Treiberschaltung
ist konfiguriert den Ultraschallsender während des Schaltens der
Treiberfrequenz auf eine der Resonanzfrequenzen F0 und der Resonanzfrequenz
Fp zu betreiben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist die Spule L2 in Reihe zwischen den Ultraschallsender und die
Treiberschaltung geschaltet, so dass die Induktivität schrittweise
variabel ist. Zusätzlich sind die Vielzahl an Kondensatoren
C2 in der Art verbunden, dass ein Verbindungszustand eines jeden
der Vielzahl von Kondensatoren C2 individuell zwischen einen kontaktierten
und einen nicht kontaktierten Zustand umgeschaltet werden können.
Die Resonanzfrequenz Fp kann daher aus einer Vielzahl von Werten
ausgewählt werden. Eine hervorragende Richtungscharakteristik
kann daher noch einfacher aus drei oder mehr Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Richtungsbereichen in dem einzigen Ultraschallsender
des Ultraschallsensors ausgewählt werden. Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform kann außerdem eine
spezifische Frequenz präzise aus den Treiberfrequenzen
gemäß des Erkennungsabstandes ausgewählt
werden. Eine Richtungscharakteristik kann noch angemessener gemäß des
Erkennungsabstandes ausgewählt werden und der Erkennungsbereich
kann noch einfacher spezifiziert werden.
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Der
Ultraschallsensor umfasst einen einzigen Ultraschallsender mit wenigstens
einer Kombination von einem Äquivalentreihenkondensator
C1, einer Äquivalentserienspule L1 und einem Äquivalentreihenwiderstand
R1. Der Ultraschallsender umfasst weiterhin einen Äquivalentparallelkondensator C0.
Der Ultraschallsensor umfasst außerdem eine Treiberschaltung
um den Ultraschallsender zu betreiben. Ein Wandler TR ist zwischen
dem Ultraschallsender und der Treiberschaltung verbunden. Die Treiberschaltung
ist geeignet um die Treiberfrequenz des Ultraschallsenders umzuschalten.
F0 ist die Resonanzfrequenz des Äquivalentreihenkondensators C1
und der Äquivalentreihen spule L1. Fp ist die Resonanzfrequenz
die sich durch den Äquivalentparallelkondensator C0 und
den Wandler TR ermitteln lässt. Die Treiberschaltung ist
geeignet den Ultraschallsender während des Umschaltens
der Treiberfrequenz auf entweder die Resonanzfrequenz F0 oder die
Resonanzfrequenz Fp zu betreiben.
-
Die
Erfinder haben Forschungen vorgenommen an einem einzelnen Ultraschallsender
mit wenigstens einer Kombination von einem Äquivalentreihenkondensator
C1, einer Äquivalentreihenspule L1 und einem Äquivalentreihenwiderstand
R1 und außerdem einen Äquivalentparallelkondensator
C0. Darauf hin haben die Erfinder festgestellt dass wenn ein Wandler
TR zwischen einer Treiberschaltung die den Ultraschallsender treibt
und dem Ultraschallsender angeordnet ist ein ausgezeichneter Höchstwert für
den Schalldruck erhalten werden kann der von dem Ultraschallsender
bei einer Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz F0 des Äquivalentreihenkondensators
C1 und der Äquivalentreihenspule L1 übertragen
wird. Außerdem haben die Erfinder heraus gefunden, dass
ein weiterer ausgezeichneter Höchstwert für den
Schalldruck erhalten werden kann welcher von dem Ultraschallsender
bei einer Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz Fp für den Äquivalentparallelkondensator
C0 und den Wandler TR übertragen wird.
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel lässt sich ein ausgezeichneter
Höchstwert für den Schalldruck erhalten der von
dem Ultraschallsender bei einer Treiberfrequenz gleich der Resonanzfrequenz
F0 übertragen wird. Außerdem lässt sich
ein weiterer ausgezeichneter Höchstwert für den
Schalldruck erhalten wie er von dem Ultraschallsender bei der Treiberfrequenz
gleich der Resonanzfrequenz Fp übertragen wird. Wenn der
Ultraschallsender daher während des Umschaltens der Treiberfrequenz
betrieben wird, lässt sich ein ausgezeichneter übertragener Schalldruck
bei jeder der mehreren Treiberfrequenzen erzeugen, wenn der Ultraschallsender
bei entweder der Resonanzfrequenz F0 oder der Resonanzfrequenz Fp
betrieben wird. Die Richtungscharakteristik kann noch einfacher
umgeschaltet werden um eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik
des einzelnen Ultraschallsenders des Ultraschallsensors zu erhalten.
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Eine
Richtungscharakteristik eines Schalldrucks wie er von dem Ultraschallsender übermittelt wird,
wird weit, wenn die Treiberfrequenz klein ist und wird schmal wenn
die Treiberfrequenz groß wird. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der einzelne Ultraschallsender
des Ultraschallsensors viele Arten von ausgezeichneter Richtungscharakteristik
in verschiedenen Bereichen umfassen, indem die Treiberfrequenz umgeschaltet
wird. Der Erkennungsbereich des einzelnen Ultraschallsensors kann
daher noch weiter vergrößert werden. Die Anzahl
der Ultraschallsensorelemente kann für den Fall für
den üblicherweise mehrere gewöhnliche Ultraschallsensorelemente
verschiedene Richtungscharakteristiken um einen großen
Erkennungsbereich abzudecken eingesetzt werden.
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In
dem Ultraschallsensor kann die Resonanzfrequenz welche durch den Äquivalentparallelkondensator
C0 und den Wandler TR bestimmt wurde gleich einer Resonanzfrequenz
des Äquivalentparallelkondensators C0 und den Wandlers
TR werden. Die Treiberschaltung ist konfiguriert um den Ultraschallsender
während des Umschaltens der Treiberfrequenz auf entweder
die Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz Fp betrieben werden. Die
Resonanzfrequenz F0 wird gemäß der Gleichung F0
= [1/(4·π2·Induktivität
L1·Kapazität of C1)]0.5 vermittelt.
Die Resonanzfrequenz Fp wird durch die Gleichung Fp = [1/(4·π2·Induktivitätskomponente
TR·Kapazität C0)]0.5 ermittelt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Resonanzfrequenz
F0 ein einziger Wert, und die Resonanzfrequenz Fp ein weiterer einziger Wert.
Der einzige Ultraschallsender des Ultraschallsensors ist daher in
der Lage einfach einen der zwei verschiedenen Bereiche von Richtungscharakteristik ausgezeichnet
auswählen zu können.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem einen Kondensator C2 umfassen
der parallel zu dem Ultraschallsender geschaltet ist. Die Resonanzfrequenz, ermittelt
durch den Äquivalentparallelkondensator C0 und den Wandler
TR, kann der Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators
C0, des Kondensators C2 und des Wandlers TR entsprechen. Die Treiberschaltung
ist konfiguriert um den Ultraschallsender während des Umschaltens
der Treiberfrequenz auf entweder die Resonanzfrequenz F0 oder die
Resonanzfrequenz Fp zu betreiben. Die Resonanzfrequenz F0 ergibt
sich aus der Gleichung F0 = [1/(4·π2·Induktivität
L1·Kapazität C1)]0.5.
Die Resonanzfrequenz Fp ergibt sich aus der Gleichung Fp = [1/(4·π2·Induktivitätskomponente
TR·(Kapazität C0 + Kapazität C2)}]0.5. Bei dieser Ausführungsform
ist die Resonanzfrequenz F0 ein einziger Wert, und die Resonanzfrequenz
Fp ein weiterer einziger Wert. Der einzige Ultraschallsender des
Ultraschallsensors ist in der Lage einfach einen der zwei Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Bereichen hervorragend auswählen zu können.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
hängt die Resonanzfrequenz Fp von dem parallel zum Ultraschallsender
geschalteten Kondensator C2 ab. Ohne die Gesamtstruktur des Ultraschallsenders
zu verändern kann die Resonanzfrequenz Fp daher allein
durch Auswählen eines Kondensators C2 aus Kondensatoren
mit verschiedensten Kapazitäten in Parallelschaltung des
ausgewählten Kondensators für den Ultraschallsender
geändert werden. Viele verschiedene Ultraschallsensoren
mit verschiedenen Richtungscharakteristiken lassen sich auf die
Art und Weise leicht herstellen.
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In
dem Ultraschallsensor kann der Wandler TR in Reihe zwischen den
Ultraschallsender und die Treiberschaltung geschaltet werden, so
dass sich eine schrittweise einstellbare Induktivitätskomponente
ergibt. Die Resonanzfrequenz bestimmt durch den Äquivalentparallelkondensator
C0 und den Wandler TR entspricht der Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators
C0 und des Wandlers TR, wobei sich die Induktivitätskomponente
schrittweise einstellen lässt. Die Treiberschaltung ist
konfiguriert um den Ultraschallsender während des Umschaltens
der Treiberfrequenz auf die Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz
Fp zu betreiben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist der Wandler TR in Reihe zwischen den Ultraschallsender und die
Treiberschaltung geschaltet, so dass die Induktivität schrittweise
variabel einstellbar ist. Die Resonanzfrequenz Fp kann daher aus
mehreren Werten ausgewählt werden. Die hervorragende Richtungscharakteristik
kann daher noch einfacher aus drei oder mehr Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Richtungsbereichen in dem einzigen Ultraschallsender des
Ultraschallsensors ausgewählt werden.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem mehrere Kondensatoren C2
enthalten die alle parallel zum Ultraschallsender geschaltet sind.
Die mehreren Kondensatoren C2 können so geschaltet sein,
dass die mehreren Kondensatoren C2 individuell zwischen einem kontaktierten
Zustand und einem nicht kontaktierten Zustand umgeschaltet werden
können. Die Resonanzfrequenz, ermittelt aus dem Äquivalentparallelkondensator
C0 und dem Wandler TR, ergibt sich zur Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators
C0, des Kondensators C2, dem kontaktierten Verbindungszustand und
dem Wandler TR. Die Treiberschaltung ist derart konfiguriert, dass
sie den Ultraschallsender während des Umschaltens der Treiberfrequenz
auf entweder die Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz Fp
betreiben kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungs form
sind die vielfachen Kondensatoren C2 derart verbunden, dass die
vielen Kondensatoren C2 individuell zwischen einem kontaktierten
und einem nicht kontaktierten Zustand umgeschaltet werden kann.
Die Resonanzfrequenz Fp kann daher aus mehreren Werten ausgewählt
werden. Die ausgezeichnete Richtungscharakteristik kann noch einfacher
gewählt werden zwischen drei oder mehreren Richtungscharakteristiken
mit verschiedenen Richtungsbereichen in dem einzelnen Ultraschallsender
des Ultraschallsensors.
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Der
Ultraschallsensor kann außerdem mehrere Kondensatoren C2
enthalten von denen jeder parallel zum Ultraschallsender geschaltet
ist. Die mehreren Kondensatoren C2 können so geschalten sein
dass jeder der mehreren Kondensatoren C2 zwischen einem kontaktierten
und einem unkontaktierten Zustand umgeschaltet werden können.
Der Wandler TR ist zwischen den Ultraschallsender und die Treiberschaltung
geschaltet so dass die Induktivitätskomponente schrittweise
variabel einstellbar ist. Die Resonanzfrequenz bestimmt durch den Äquivalentparallelkondensator
C0 und den Wandler TR kann der Resonanzfrequenz des Äquivalentparallelkondensators
C0, des Kondensators C2, dem kontaktierten Zustand und dem Wandler
TR, und der schrittweise variabel einstellbaren Induktivitätskomponente
entsprechen. Die Treiberschaltung ist konfiguriert um den Ultraschallsender
während des Umschaltens der Treiberfrequenz auf entweder
die Resonanzfrequenz F0 oder die Resonanzfrequenz Fp zu betreiben.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist der Wandler TR in Reihe zwischen dem Ultraschallsender und der
Treiberschaltung verbunden, so dass die Induktivitätskomponente
schrittweise variabel einstellbar ist. Außerdem sind die
mehreren Kondensatoren C2 derart verbunden, dass der Verbindungszustand
jedes der mehreren Kondensatoren C2 individuell zwischen einem kontaktierten
und einem nicht kontaktierten Zustand geändert werden kann.
Die Resonanzfrequenz Fp kann daher aus mehreren Werten ausgewählt
werden. Eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik kann daher noch besser
aus drei oder mehreren Richtungscharakteristiken mit verschiedenen
Richtungsbereichen in dem einzigen Ultraschallsender des Ultraschallsensors
ausgewählt werden. Außerdem kann eine spezielle
Frequenz präzise aus den Treiberfrequenzen gemäß des
jeweiligen Erkennungsabstandes ausgewählt werden. Die Richtungscharakteristik
kann daher noch ge eigneter gemäß des Erkennungsabstandes
ausgewählt werden und die Erkennungsbereiche können
noch einfacher spezifiziert werden.
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Die
oben genannten Vorgänge sind nicht darauf beschränkt
von der ECU2 ausgeführt werden zu können. Die
Steuereinheit kann verschiedene Elemente, einschließlich
der beispielhaft gezeigten ECU2 enthalten.
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Es
ist klar, dass obwohl die Prozesse anhand von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung mit einer spezieller Reihenfolge des
Ablaufes der Schritte beschrieben wurden, trotzdem auch weitere
alternative Ausführungsformen inklusive verschiedener anderer
Sequenzen dieser Schritte und/oder zusätzlicher Schritte
die nicht hierin offenbart sind Gegenstand der Erfindung sind.
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Verschiedene
Modifikationen oder Veränderungen sind auf verschiedenste
Art und Weise möglich ohne von dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2002-58091
A [0002, 0003]
- - US 5987922 [0026]
- - JP 10-257595 A [0026]