DE102010064397B4

DE102010064397B4 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Abstandsbesimmung und/oder Freiraumerkennung im Nahbereich

Info

Publication number: DE102010064397B4
Application number: DE102010064397.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Max Stephan; Dr. Kruse Frank; Alexander Urban; Sergej Mamaschew
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: DE102010064397A1

Abstract

Verfahren zur Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung umfassend die Schritte:Erzeugen eines periodische Schwingungen umfassenden Sendeimpulses (4) und Aussenden des Sendeimpulses (4) mit einer Sende- und Empfangseinrichtung (2),Empfangen von an Gegenständen (6) durch Reflexion aus dem Sendeimpuls (4) erzeugten Echoimpulsen (7, 24, 25) mit der Sende- und Empfangseinrichtung (2), die ein Empfangssignal (9) bereitstellt, undAuswerten des Empfangssignals (9), um empfangene Echoimpulse (7, 24, 25) zu ermitteln und hieraus auf einen oder mehrere Gegenstände (6) im Umfeld zu schließen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung des oder der entsprechenden Echoimpulse (7, 24, 25) sind,wobei Phasenlagen periodischer Schwingungen des Empfangssignals (9) während und/oder unmittelbar nach einem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses (4) ermittelt werden und hinsichtlich eines Auftretens mindestens eines Phasensprungs (26) ausgewertet werden, wobei ein Phasensprung als Hinweis auf einen Empfang eines Echoimpulses (7) während des Aussendens des Sendeimpulses (4) oder eines Ausschwingvorgangs der Sende- und Empfangseinrichtung (2) aufgefasst wird, wobei ein zeitlicher Abstand des Auftretens des ermittelten Phasensprungs (26) von dem Sendeimpuls (4), welcher als Phasensprungzeitabstand bezeichnet wird, zur Ermittlung der Entfernung eines der Gegenstände (6) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs (26) unddem vorausgehenden Sendeimpuls (4) nur zur Ermittlung des Abstands eines der Gegenstände (6) herangezogen wird, wenn zusätzlich eine Abweichung des Ausschwingverhaltens der Sende- und Empfangseinrichtung (2) von einem ungestörten Ausschwingverhalten ermittelt ist, oder zwar ein Abstand ermittelt wird, jedoch eine zusätzliche Information ausgegeben wird, die angibt, dass eine Plausibilitätsprüfung über ein Auswerten des Ausschwingverhaltens den ermittelten Abstand nicht unterstützen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung mittels einer Echoimpulsauswertung, insbesondere einem Verfahren und einer Vorrichtung zur verbesserten Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung im Nahbereich bei Verwendung einer Sende- und Empfangseinrichtung, welche nach einem Aussenden eines Sendeimpulses ein zeitlich begrenztes Ausschwingverhalten zeigt.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Abstände zu Gegenständen dadurch zu ermitteln, dass mittels einer Sende- und Empfangseinrichtung, beispielsweise eines so genannten Ultraschallwandlers, einen Sendeimpuls auszusenden, welcher an Gegenständen in der Umgebung reflektiert wird. Die zu der Sende- und Empfangseinrichtung zurückreflektierten Echoimpulse werden empfangen und ein zeitlicher Abstand zwischen dem Empfang der Echoimpulse und dem Aussenden des Sendeimpulses ermittelt. Ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sende- und der Echoimpulse bekannt, so kann auf eine Entfernung eines Gegenstands geschlossen werden, der den Echoimpuls verursacht hat. Ein Abstand des Gegenstands von der Sende- und Empfangseinrichtung entspricht der Hälfte der Distanz, die der Sendeimpuls in der ermittelten Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Sendeimpulses und dem Empfang des Echoimpulses zurückgelegt.
Solche Systeme, insbesondere ultraschallbasierte Systeme, werden heutzutage vermehrt in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um eine Umfelderfassung, insbesondere bei niedrigen Eigengeschwindigkeiten des Fahrzeugs, auszuführen, um beispielsweise bei Einparkvorgängen einen Fahrer vor einer Annäherung an ein Hindernis zu warnen oder halb- oder vollautomatisierte Einparkassistenzsysteme zu ermöglichen.
Die Sende- und Empfangseinrichtung umfasst ein Schwingungselement, welches während des Aussendens des Sendeimpulses zu einer Schwingung angeregt wird. Dasselbe Schwingungselement wird anschließend zum Empfangen der Echoimpulse verwendet und hierbei durch die Echoimpulse in Schwingungen versetzt. Nach einem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses schwingt dieses Schwingungselement nach. Wünschenswert ist es, dass dieses Ausschwingen oder Nachschwingen des Schwingungselements möglichst rasch nach dem Ende des Sendens des Sendeimpulses beendet ist. Hierfür wäre es vorteilhaft, das Schwingungselement mit einer hohen Dämpfung zu versehen. Eine solche führt jedoch dazu, dass eine Empfindlichkeit des Schwingungselements und hierüber der Sende- und Empfangseinrichtung stark reduziert wird. Darüber hinaus ist eine benötigte Energiemenge zum Aussenden des Sendeimpulses erhöht. Daher ist ein Kompromiss dahingehend zu finden, dass möglichst eine zügige Dämpfung des Nachschwingens bzw. Ausschwingens stattfindet und dennoch eine ausreichende Empfindlichkeit der Sende- und Empfangseinrichtung erhalten bleibt. Gegenwärtig im Fahrzeugbau eingesetzte Ultraschallwandler für Abstandsbestimmungen weisen eine so genannte Ausschwingzeitspanne von etwa 1 ms auf. Die Ausschwingzeitspanne ist jene Zeitspanne, innerhalb derer das Schwingungselement der Sende- und Empfangseinrichtung nach dem Beenden des Aussendens eines Sendeimpulses ohne eine äußere Störung ausschwingt. Ungestört bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich im Umfeld der Sende- und Empfangseinrichtung keine Gegenstände befinden, die Echoimpulse erzeugen. Das Ausschwingen des Schwingungselements ist zu jenem Zeitpunkt beendet, an dem die an dem Schwingungselement abgeleitete empfangene Signalstärke sich von einem Untergrundrauschen nicht unterscheidet, welches mittels der Sende- und Empfangseinrichtung bereitgestellt wird, wenn zuvor kein Sendeimpuls ausgesandt wurde.
Bei einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 300 m/s entspricht eine Ausschwingzeitspanne von 1 ms einer zurückgelegten Wegstrecke eines Sendeimpulses von etwa 30 cm. Befindet sich vor der Sende- und Empfangseinrichtung somit ein Gegenstand in einem Abstand von weniger als 15 cm, so trifft ein Echoimpuls vor dem Ende der Ausschwingzeitspanne auf die Sende- und Empfangseinrichtung. Da eine Intensität des Echoimpulses in der Regel sehr viel schwächer als die Intensität des Sendeimpulses ist, ist eine durch das Ausschwingen verursachte Signalintensität im Empfangssignal fast bis zum Ende der Ausschwingzeitspanne größer als die durch das Echosignal verursachte Intensität im Empfangssignal. Daher kann ein Echoimpuls anhand der Intensität des Empfangssignals in der Regel nicht ermittelt werden oder zuverlässig von dem durch das Ausschwingen verursachten Signal separiert werden, um dessen zeitliches Eintreffen zu ermitteln.
Aus der DE 42 04 414 C1 ist eine Anordnung zur Impuls-Echo-Entfernungsmessung bekannt, die eine Messeinrichtung mit einem abwechselnd als Sendewandler zur Aussendung von Sendeimpulsen und als Empfangswandler der an einer Reflexionsebene reflektierten Echoimpulse betriebenen Wandler und einer elektrischen Auswerteschaltung zur Ermittlung des Abstands zwischen Wandler und Reflexionsebene aus der Laufzeit der Impulse umfasst. Die Auswertschaltung umfasst eine Mehrfachechoerkennungsschaltung, welche aus den unmittelbar nach Ausschwingen des Wandlers an den Wandler anliegenden mehrfach reflektierten Echoimpulsen die einfache Laufzeit eines Sende- und Empfangsimpulses ableitet und aus der einfachen Laufzeit der tatsächliche Abstand des Sende-Empfangswandlers von der Reflexionsebene ermittelt.
Aus der EP 0 705 444 B1 ist ein Verfahren zur Messung des Abstands eines Objekts von einer Ultraschall-Sende-Empfangseinheit bekannt. Dort wird ein Verfahren zur Messung des Abstands eines Objekts von einer Ultraschall-Sende-Empfangseinheit vorgeschlagen, bei dem die Ultraschall-Sende-Empfangseinheit zur Abstrahlung eines Ultraschallimpulses veranlasst wird und der Zeitpunkt t_E1 des Empfangssignals eines ersten Ultraschallechos registriert wird und der Zeitpunkt t_E2 des Empfangs eines dem ersten Echo nachfolgenden zweiten Echos registriert und die Zeitdifferenz t_E2 - t_E1 zur Bestimmung des Abstands herangezogen wird, sofern das erste Echo nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach der Abstrahlung des Ultraschallimpulses auftritt.
Aus der DE 10 2006 020 425 sind ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand mittels wenigstens eines Ultraschall aussendenden Sensors und eine Sensoreinrichtung hierfür bekannt. Beschrieben ist ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand bei Annäherung des Fahrzeugs an den Gegenstand, wobei zur Abstandsbestimmung das erste Echosignal, das aus einem von einem Sensor ausgesendeten, am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt wird, wobei zusätzlich zum ersten Echosignal oder anstelle des ersten Echosignals ein zweites bzw. ein weiteres Echosignal, welches aus dem am Fahrzeug einmal oder weitere Male reflektierten ersten Echosignal und dem insgesamt zweimal bzw. weitere Male am Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren beruhen auf einer Annahme, dass bei einem Gegenstand im unmittelbaren Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung das zu der Sende- und Empfangseinheit zurückreflektierte Echosignal ein- oder mehrfach an der Sende- und Empfangseinrichtung und erneut an dem Gegenstand reflektiert wird. Im Empfangssignal treten somit in äquidistanten Zeitabständen, hinsichtlich der Intensität in der Regel schwächer werdende, Mehrfachechos auf, deren zeitliche Positionen im Empfangssignal mit dem Abstand des Gegenstands von der Sende- und Empfangseinrichtung korreliert sind und somit relativ zueinander feste Zeitabstände aufweisen. Hierüber wird versucht, auf ein möglicherweise während des Abschwingens des Schwingungselements der Sende- und Empfangseinrichtung auf die Sende- und Empfangseinrichtung auftreffenden ersten Echosignal zurückzuschließen.
Die US 2010/0265121 A1 beschreibt ein gepulstes Radar, welches das Vorhandensein und die Entfernung von Objekten mit sehr kurzer Reichweite über kleine Störungen in Phase und/oder Amplitude von kohärent zusammenhängenden Sendeimpulsen relativ langer Dauer erkennt. In einer Ausführungsform werden Echos, die eine empfangene Signalwellenform von einem Abtastbasisband-Radarempfänger bilden, bei einer Audiofrequenz verarbeitet, um nach Störungen der Phase des zeitgestreckten empfangenen Radarsignals zu suchen, während das Radar noch einen langen Impuls sendet.
Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Objekt und/oder Freiraumerkennung zu verbessern, insbesondere eine verbesserte zuverlässige Detektion eines ersten Echoimpulses auch für Gegenstände im unmittelbaren Nahbereich einer Sende- und Empfangseinrichtung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass als Sendesignal ein Sendeimpuls verwendet wird, welcher periodische Schwingungen umfasst. Tritt eine Reflexion des Sendeimpulses an einem Gegenstand im unmittelbaren Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung auf, welche zu einem Eintreffen eines Echoimpulses an der Sende- und Empfangseinrichtung zu einem Zeitpunkt führt, an dem ein Ausschwingen eines Schwingungselements der Sende- und Empfangseinrichtung noch nicht beendet ist, so weist dieser Echoimpuls dennoch eine ausreichende Intensität auf, dass die Schwingung des Schwingungselements durch den auftreffenden Echoimpuls gegenüber einem ungestörten Ausschwingen modifiziert wird. Auch der Echoimpuls weist periodische Schwingungen wie der Sendeimpuls auf. Befinden sich die Sende- und Empfangseinrichtung sowie der Gegenstand relativ zueinander in Ruhe, so weisen die Schwingungen des Sendeimpulses und des Echoimpulses dieselbe Frequenz auf. Die Bewegung des Schwingungselements kann als eine Überlagerung eines durch das Ausschwingen bedingten Signalanteils und eines durch den Echoimpuls verursachten Empfangsteils angesehen werden. Die beiden Anteile weisen jeweils periodische Schwingungen mit derselben oder nahezu derselben Frequenz auf, sind jedoch in der Regel gegeneinander phasenversetzt. Dieses führt dazu, dass das durch die Überlagerung entstehende Signal in seiner Phase gegenüber dem ausschließlich durch das Ausschwingen verursachte Signal vor dem Eintreffen des Echoimpulses phasenversetzt ist. Somit führt das Eintreffen und Empfangen des Echosignals durch die Sende- und Empfangseinrichtung dazu, dass in dem Empfangssignal ein Phasensprung auftritt. Im unmittelbaren Nahbereich kann somit auf ein Objekt geschlossen werden. Im Umkehrschluss kann bei einem Ausbleiben eines Phasensprungs, zumindest wenn mehrere aufeinander folgende Messungen keinen Phasensprung zeigen, in der Regel mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen Freiraum in dem unmittelbaren Nahbereich geschlossen werden, der durch die Sende- und Empfangseinrichtung überwacht wird.
Insbesondere wird daher ein Verfahren zur Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung vorgeschlagen, welches die Schritte umfasst: Erzeugen eines periodische Schwingungen umfassenden Sendeimpulses und Aussenden des Sendeimpulses mit einer Sende- und Empfangseinrichtung, Empfangen von an Gegenständen durch Reflexion aus dem Sendeimpuls erzeugten Echoimpulsen mit der Sende- und Empfangseinrichtung, die ein Empfangssignal bereitstellt, und Auswerten des Empfangssignals, um empfangene Echoimpulse zu ermitteln und hieraus auf einen oder mehrere Gegenstände im Umfeld zu schließen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung des oder der entsprechenden Echoimpulse sind, wobei erfindungsgemäß Phasenlagen periodischer Schwingungen des Empfangssignals während und/oder unmittelbar nach dem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses ermittelt werden und hinsichtlich eines Auftretens mindestens eines Phasensprungs ausgewertet werden, wobei ein Phasensprung als ein Hinweis auf einen Empfang eines Echoimpulses während eines Aussendens des Sendeimpulses oder eines Ausschwingvorgangs der Sende- und Empfangseinrichtung aufgefasst wird.
Ferner wird eine Vorrichtung zur Abstandsbestimmung mittels einer Impulsechoauswertung vorgeschlagen, welche umfasst: eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Aussenden eines periodische Schwingungen umfassenden Sendeimpulses und Empfangen von an Gegenständen durch Reflexion aus dem Sendeimpuls erzeugten Echoimpulsen und Bereitstellen eines Empfangssignals sowie eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Empfangssignals, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, empfangene Echoimpulse zu ermitteln und hieraus auf einen oder mehrere Gegenstände im Umfeld zu schließen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung des oder der entsprechenden Echoimpulse sind, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Auswerteeinrichtung eine Phasenermittlungseinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, Phasenlagen periodischer Schwingungen des Empfangssignals während und/oder unmittelbar nach einer Beendigung des Aussendens des Sendeimpulses zu ermitteln und hinsichtlich eines Auftreffens mindestens eines Phasensprungs auszuwerten, wobei ein Phasensprung als ein Hinweis auf einen Empfang eines Echoimpulses während eines Aussendens des Sendeimpulses oder einer Ausschwingzeitspanne eines ungestörten Ausschwingvorgangs der Sende- und Empfangseinrichtung aufgefasst wird. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung bieten den Vorteil, dass ein während des Ausschwingvorgangs eintreffender Echoimpuls zuverlässig ermittelt werden kann, obwohl eine Intensität des Echoimpulses geringer als eine Intensität im Empfangssignal ist, die durch den Ausschwingvorgang eines Schwingungselements der Sende- und Empfangseinrichtung verursacht ist, welche zum Aussenden und Empfangen verwendet wird. Wird beispielsweise ein ultraschallbasiertes Verfahren verwendet, so umfasst eine Sende- und Empfangseinrichtung ein zum Senden und Empfangen verwendetes Schwingungselement, welches beispielsweise als Membran ausgebildet ist, welche eine endliche Ausschwingzeitspanne aufweist, innerhalb derer das Schwingungselement nach einem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses, ohne eine äußere Störung gedämpft ausschwingt, wobei dieser Vorgang als Ausschwingvorgang bezeichnet wird. Ohne eine äußere Störung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich im Umfeld der Sende- und Empfangseinrichtung keine Gegenstände befinden, die das Sendesignal reflektieren und hierdurch Echoimpulse zu der Sende- und Empfangseinrichtung zurücksenden. Mittels einer Ermittlung eines Phasensprungs während des Aussendens des Sendeimpulses kann sogar ein Echoimpuls erfasst werden, der noch während des Aussendens eintrifft.
Erfindungsgemäß wird ein zeitlicher Abstand des Auftretens des ermittelten Phasensprungs von dem Sendeimpuls, welcher als Phasensprungzeitabstand bezeichnet wird, zur Ermittlung der Entfernung eines der Gegenstände herangezogen. Dies bedeutet, dass der Abstand des Sendeimpulses bzw. eines festgelegten Bezugspunktes, welcher beispielsweise ein Beginn des Aussendens des Sendeimpulses ist, und des Zeitpunktes bestimmt wird, an dem der Phasensprung ermittelt wird. Diese Zeitspanne kann über die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendeimpulses, welche der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Echoimpulses gleicht, in einen Abstand eines Gegenstands von der Sende- und Empfangseinrichtung umgerechnet werden. Die durch den Sendeimpuls während des Phasensprungzeitabstands zurückgelegte Wegstrecke entspricht hierbei einer doppelten Wegstrecke eines Abstands des den Echoimpuls verursachenden Gegenstands von der Sende- und Empfangseinrichtung.
Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, in dem Empfangssignal Echoimpulse zu ermitteln, deren zeitliche Abstände zum Sendeimpuls zu bestimmen und hieraus ein oder mehrere Abstände zu einem oder mehreren Gegenständen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung der entsprechenden Echoimpulse sind, zu ermitteln.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst somit eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, den zeitlichen Abstand des Zeitpunktes des Auftretens des ermittelten Phasensprungs von dem Sendeimpuls zu ermitteln, welche als Phasensprungzeitabstand bezeichnet wird, und diesen zur Ermittlung der Entfernung eines der Gegenstände zu nutzen.
Um die Zuverlässigkeit eines solchen Verfahrens oder einer solchen Vorrichtung zu steigern, ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs und dem vorausgehenden Sendeimpuls nur zur Ermittlung des Abstands eines der Gegenstände herangezogen wird, wenn zusätzlich eine Abweichung des Ausschwingverhaltens der Sende- und Empfangseinrichtung von einem ungestörten Ausschwingverhalten ermittelt ist bzw. wird. Dies bedeutet, dass eine Intensität des Empfangssignals nach dem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses überwacht wird. Nimmt die Intensität des Empfangssignals nach dem Beenden des Aussendens nicht so ab, wie dies für ein ungestörtes Ausschwingen zu erwarten ist, so ist dies ein Indiz dafür, dass ein Echoimpuls während der Ausschwingzeitspanne erfasst wird. Findet jedoch ein Ausschwingen der Sende- und Empfangseinrichtung wie erwartet statt, so ist ein detektierter Phasensprung gegebenenfalls auf eine Fehlmessung zurückzuführen. Alternativ wird erfindungsgemäß daher zwar ein Abstand ermittelt, jedoch eine zusätzliche Information ausgegeben, die angibt, dass eine Plausibilitätsprüfung über ein Auswerten des Ausschwingverhaltens den ermittelten Abstand nicht unterstützen kann.
Die Auswerteeinrichtung umfasst somit erfindungsgemäß eine Ausschwingüberwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, ein Ausschwingverhalten der Sende- und Empfangseinrichtung mit einem ungestörten Ausschwingverhalten zu vergleichen, welches sich einstellt, wenn im Umfeld der Sende- und Empfangseinrichtung keine Gegenstände zum Erzeugen von Echoimpulsen vorhanden sind, und die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, eine Abweichung im ermittelten Ausschwingverhalten von dem ungestörten Ausschwingverhalten als einen Hinweis auf einen Gegenstand im unmittelbaren Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung aufzufassen, dessen Abstand mit einem Zeitabstand eines Echoimpulses von dem Sendeimpuls korrespondiert, welcher kürzer als die Ausschwingzeitspanne ist.
Die Bestimmung von einem oder mehreren Abständen zu einem oder mehreren Gegenständen kann somit sowohl anhand des ermittelten Phasensprungzeitabstands als auch anhand der Erkennung oder Identifizierung von Echoimpulsen oder mehrfachen Echoimpulsen gemäß dem Stand der Technik ergänzend ausgeführt werden, um möglichst viele Informationen über das Umfeld zu sammeln und bereitzustellen.
Eine noch weitere oder alternative Verbesserung der Plausibilitätsüberprüfung kann erreicht werden, wenn eine Plausibilitätsprüfung des anhand des Zeitabstands zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs und dem Sendeimpuls ermittelten Abstands eines der Gegenstände vorgenommen wird, indem das Sendesignal auf im Vorhandensein von Mehrfachechos untersucht wird, deren Zeitabstände von dem Sendeimpuls ganzzahlige Vielfache des Phasensprungzeitabstands sind, und der anhand des Phasensprungs ermittelter Abstand verworfen oder als unplausibel gekennzeichnet wird, sofern keine solchen Mehrfachechos aufgefunden werden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, die Zeitabstände der aufgefundenen Mehrfachechos in die Abstandsbeziehung mit einzubeziehen, sofern diese in entsprechenden relativen Zeitabständen aufgefunden werden, die innerhalb von Toleranzgrenzen dem Phasensprungzeitabstand gleichen.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht daher vor, dass die Auswerteeinrichtung eine Plausibilisierungseinrichtung zum Ausführen einer Plausibilitätsprüfung des anhand des Zeitabstands zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs und dem Sendeimpuls ermittelten Abstands eines der Gegenstände umfasst, die ausgebildet ist, das Sendesignal auf Mehrfachechos zu untersuchen, deren Zeitabstände von dem Sendeimpuls ganzzahlige Vielfache des Phasensprungzeitabstands sind, und die Auswerteeinrichtung ferner ausgebildet ist, den anhand des Phasensprungs ermittelten Abstand zu verwerfen oder als unplausibel zu kennzeichnen, sofern keine solchen Mehrfachechos aufgefunden werden, und alternativ oder zusätzlich die anhand der Zeitabstände der so beschaffenen Mehrfachechos ermittelten Abstände in eine Ermittlung des Abstands des mindestens einen Gegenstands mit einzubeziehen.
Um durch Dämpfungseffekte verursachte Einflüsse zu vermeiden, wird bei einer Ausführungsform der Erfindung die Frequenz des Sendeimpulses angepasst an eine Resonanzfrequenz des Schwingungselements der Sende- und Empfangseinrichtung gewählt. Hierdurch wird ferner eine Energie, die zum Aussenden des Sendeimpulses mit einer vorgegebenen Impulsenergie benötigt wird, minimiert. Ferner ist eine Empfindlichkeit der Sende- und Empfangseinrichtung für ein Empfangen der Echoimpulse maximal.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Abstandsbestimmung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung;
2a ein Empfangssignal einer Sende- und Empfangseinrichtung für den Fall, dass sich kein Gegenstand im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung befindet;
2b ein Empfangssignal einer Sende- und Empfangseinrichtung für den Fall, dass sich ein Gegenstand im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung befindet;
2c schematisches Empfangssignal einer Sende- und Empfangseinrichtung für den Fall, dass sich ein Gegenstand im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung befindet, wobei Phasensprünge erkennbar sind;
3 eine schematische Darstellung der Nulldurchgangszeiten des Empfangssignals aufgetragen gegen die Zeit;
4a - 4c schematische Darstellungen einer Phasenlage, aufgetragen gegen eine Zeit; und
5 schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Abstandsbestimmung.

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Abstandsbestimmung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Sende- und Empfangseinrichtung 2, welche ein Schwingungselement 3 umfasst. Dieses wird in Schwingungen versetzt, um einen Sendeimpuls 4 auszusenden. Wie mittels eines Pfeils 5 angedeutet ist, breitet sich der Sendeimpuls 4 aus und wird, sofern er auf einen Gegenstand 6 trifft, an diesem zumindest teilweise reflektiert, so dass ein Echoimpuls 7 entsteht, der, wie mittels des Pfeils 8 angedeutet ist, zu der Sende- und Empfangseinrichtung 2 zurückreflektiert wird und dort das Schwingungselement 3 in Schwingungen versetzt und diese in ein Empfangssignal 9 gewandelt werden. Das Empfangssignal 9 wird mittels einer Auswerteeinrichtung 10 ausgewertet. Sowohl der Sendeimpuls 4 als auch der Echoimpuls 7 legen jeweils einmal eine Strecke 12 zurück, welche dem einfachen Abstand der Sende- und Empfangseinrichtung 2 von dem Gegenstand 6 entspricht. Eine Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Sendeimpulses 4 und einem Empfangen des Echoimpulses 7 entspricht somit unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendeimpulses bzw. Echoimpulses der doppelten Strecke 12.
In 2a ist schematisch ein Empfangssignal grafisch dargestellt. Gezeigt ist eine Signalintensität 21 aufgetragen gegen die Zeit t für den Fall, dass sich kein Gegenstand im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung befindet. Das Empfangssignal ist so stark verstärkt, dass die Intensität des Empfangssignals unmittelbar nach einem Ende der Anregung zu einem Zeitpunkt t₁ zwischen der maximalen Intensität und einer minimalen Intensität periodisch schwankt. Eine bis zum Zeitpunkt t_a zu beobachtende Intensität ist hierbei durch das Ausschwingen des Schwingungselements der Sende- und Empfangseinrichtung bedingt. Erst zu dem Zeitpunkt t_a ist das Ausschwingen des Schwingungselements beendet, was sich dadurch zeigt, dass eine Amplitude des Empfangssignals in der Größenordnung einer Amplitude eines Rauschens ist. Tatsächlich fällt eine Einhüllende der Empfangsamplitude während des Ausschwingvorgangs im Wesentlichen exponentiell ab. Dieses ist ab dem Zeitpunkt t₂ zu erkennen, zu dem die durch das Ausschwingen verursachte Signalintensität nicht mehr aufgrund der Verstärkung größer als ein maximal detektierbarer Wert ist.
Ist ein Abstand des Gegenstands 6 von der Sende- und Empfangseinrichtung 2 bzw. dem Schwingungselement 3 so gering, dass die Zeitspanne, die der Sendeimpuls 4 zum Zurücklegen der Wegstrecke 12 zwischen dem Schwingungselement 3 und dem Gegenstand 6 sowie zusätzlich der Echoimpuls 7 zum Zurücklegen der Strecke 12 von dem Gegenstand zurück zu dem Schwingungselement 3 benötigen, kleiner oder in der Größenordnung der Ausschwingzeitspanne t_a ist, so kann der Echoimpuls 7 in der Regel aufgrund einer ausschließlichen Auswertung einer Einhüllenden des Empfangssignals nicht ermittelt werden. Zum einen ist die Intensität, welche durch den Echoimpuls 7 verursacht ist, ebenfalls in einer Größenordnung, welche aufgrund der Verstärkung des Empfangssignals außerhalb eines Dynamikbereiches der Auswerteeinrichtung 10 liegt. Dies bedeutet, dass die Intensität des Echoimpulses ausreichend stark ist, um das Intensitätssignal zwischen maximaler und minimaler Intensität schwanken zu lassen, so dass die Einhüllende durch den Verstärker „abgeschnitten“ wird. Zum andern ist eine Intensität, welche durch das Ausschwingen des Schwingungselements verursacht wird, zumindest zu Beginn des Ausschwingverhaltens deutlich größer als eine durch den Echoimpuls verursachte Intensität. Beide Ursachen zusammen machen eine Erfassung eines ersten Echoimpulses, der während der Ausschwingzeitspanne an der Sende- und Empfangseinrichtung eintrifft, anhand einer Auswertung einer Einhüllenden der Intensitätskurve des Empfangssignals unmöglich.
Dies ist exemplarisch in 2b dargestellt, in der ein zu 2a analoges Empfangssignal für den Fall dargestellt ist, dass sich im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung ein Gegenstand befindet, an dem der Sendeimpuls reflektiert wird. Zum einen ist im Vergleich zur 2a zu erkennen, dass zum Zeitpunkt t_a eine Amplitude des Empfangssignals noch nicht auf das Amplitudenniveau eines Hintergrundrauschens abgesunken ist. Somit ist das Ausschwingverhalten gegenüber dem erwarteten Ausschwingverhalten ohne Störung, welches in 2a dargestellt ist, verändert. Des Weiteren sind zwei weitere Echoimpulse 24, 25 in der Einhüllenden des Intensitätssignals zu erkennen. Deren Schwerpunkte korrespondieren mit den Zeitpunkten t_a und t₅ entsprechend. Diese sind durch Mehrfachreflexionen an der Sende- und Empfangseinrichtung und dem Gegenstand verursacht, wie dies über gestrichelte Pfeile 14 und gepunktete Pfeile 15 in 1 angedeutet ist. Ein zeitlicher Abstand Δt = t₅ - t₄ zwischen einem zweiten Echoimpuls 24 und einem dritten Echoimpuls 25 entspricht einem zeitlichen Abstand zwischen dem zweiten Echoimpuls 24 und dem ersten Echoimpuls 7, dessen Impulsende anhand eines Vergleichs der Kurven der 2a und 2b in dem Signal der Einhüllenden der 2 erahnt werden kann. Wird für den Sendeimpuls beispielsweise eine Grundfrequenz von 50 kHz genutzt, so umfasst ein etwa 1 ms dauernder Sendeimpuls etwa 50 Schwingungen. Wird das Empfangssignal mit einer höheren Frequenz, beispielsweise 250 kHz oder darüber, abgetastet, so erhält man pro Schwingung fünf Messpunkte, um die einzelnen Schwingungen zumindest ansatzweise auflösen zu können.
Bevorzugt wird das Empfangssignal mit einer noch höheren Frequenz, beispielsweise 400 kHz oder 800 kHz, abgetastet, so dass pro Schwingung eine größere Anzahl von Messpunkten ermittelt wird. Hierdurch wird eine Auflösung der einzelnen Schwingungen verbessert. Obwohl aufgrund der Übersteuerung des Eingangsverstärkers ohnehin nicht auf die vollständige Schwingungsform zurückgeschlossen werden kann, ist es jedoch möglich, die Nulldurchgänge der einzelnen Schwingungen zu ermitteln. Dies erfolgt bei der Ausführungsform nach 1 mittels einer Phasenermittlungseinrichtung 31. Ab einem Auftreffen des Echoimpulses auf die Sende- und Empfangseinrichtung 2 kann das Empfangssignal Y als eine Überlagerung eines durch das Ausschwingen bedingten Signalanteils Y_aus und eines durch den Echoimpuls verursachten Signalteil Y_Echo aufgefasst werden (Y = Y_aus + Y_Echo). Im Empfangssignal, dessen Intensität zunächst nur durch das Ausschwingen verursacht ist, tritt ein Phasensprung auf, der dadurch verursacht ist, dass ein Teil des Auswertesignals nur durch das Ausschwingsignal und ein Teil des Auswertesignals durch die Überlagerung bestimmt ist. Dies bedeutet, dadurch, dass die Auswirkung des Echoimpulses erst ab einem bestimmten Zeitpunkt, an dem der Echoimpuls auf die Sende- und Empfangseinrichtung auftrifft, einsetzt, tritt im Signal an dieser Stelle eine Phasenverschiebung auf. Lediglich wenn ein Abstand der Sende- und Empfangseinrichtung von dem Gegenstand exakt einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Einzelschwingungen entspricht, tritt keine Phasenverschiebung auf. In der Regel wird jedoch eine Phasenverschiebung zu beobachten sein.
Dieses ist exemplarisch in 2c gezeigt, in der schematisch ein Empfangssignal 9 gegen die Zeit aufgetragen ist. Es sind Phasensprünge 26 zu dem Zeitpunkt t₃, an dem der Echoimpuls 7 eintrifft und eine Überlagerung mit dem Ausschwingen beginnt, und zu dem Zeitpunkt t₆, an dem eine Überlagerung des Echoimpulses 7 endet, zu erkennen.
In 3 ist exemplarisch ein Teil der Nulldurchgänge auf einem Zeitstrahl dargestellt. Nulldurchgänge 27, die ausschließlich durch das Ausschwingen verursacht sind, sind durch Kreuze gekennzeichnet, Nulldurchgänge 29, die durch eine Überlagerung des Ausschwingens mit dem Echoimpuls bedingt sind, sind durch Kreise gekennzeichnet. Ein Phasensprung 26 lässt sich wie folgt ermitteln. Die Nulldurchgänge 27, die ausschließlich durch das Ausschwingen bedingt sind, weisen zueinander jeweils einen gleich bleibenden zeitlichen Abstand 28 auf. Ebensolches gilt für die Nulldurchgänge29, die durch das überlagerte Signal erzeugt sind. Vergleicht man jedoch die Zeitabstände 30 zwischen einem Nulldurchgang 27, der ausschließlich durch das Ausschwingen bedingt ist, und einem Nulldurchgang 29, der durch eine Signalüberlagerung bedingt ist, so stellt man fest, dass diese Abstände 30 nicht einem ganzzahligen Vielfachen des Schwingungsabstands 28 der Grundfrequenz entsprechen. Trägt man die Nulldurchgangszeiten wie gezeigt auf einem Zeitstahl ein, so äußert sich ein Phasensprung 26 darin, dass eines der Zeitintervalle 23 zwischen benachbarten Nulldurchgängen von dem Normabstand 28 benachbarter Nulldurchgänge abweicht. Gut zu erkennen ist, dass am Übergang ein Phasensprung 26 auftritt. Dieser kennzeichnet somit ein Eintreffen des Echoimpulses an der Sende- und Empfangseinrichtung. Die Zeitspanne zwischen dem Sendeimpuls und dem Phasensprung wird als Phasensprungzeitdauer bezeichnet. Diese wird zur Ermittlung des Abstands ebenso wie die Zeitspanne zwischen dem Sendeimpuls und einem Echoimpuls in gleicher Weise genutzt werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass das Empfangssignal jeweils als gleichtaktfrei angesehen wird, d.h. eine Amplitude des Empfangssignals im Wesentlichen symmetrisch um einen Nullwert schwingt.
In 4a bis 4c ist jeweils eine ermittelte Phasenlage gegen die Zeit, welche in Einheiten von Schwingungszyklen angegeben ist, aufgetragen. Jeweils nach 50 Schwingungszyklen beginnt eine Überlagerung des Echoimpulses mit dem durch das Ausschwingen verursachten Signal. Die drei dargestellten Beispiele unterscheiden sich durch ein Intensitätsverhältnis der durch das Ausschwingen und den Echoimpuls verursachten Intensitätsanteile. Gut zu erkennen ist jeweils eine Änderung der Phasenlage, die einen Phasensprung 26 kennzeichnet.
In 4a sind die Intensitätsanteile identisch. In 4b ist das durch den Echoimpuls verursachte Intensitätssignal um einen Faktor 10 schwächer als die durch das Ausschwingen verursachte Intensität. In 4c ist die durch den Echoimpuls verursachte Intensität hundertfach schwächer als die durch das Ausschwingen verursachte Intensität. In allen Fällen ist jedoch der Phasensprung zu detektieren.
Um auch bei schlechtem Signal zum Rauschverhältnis, wie es in 4c dargestellt ist, eine erhöhte Sicherheit für den detektierten Echoimpuls zu erhalten, wird erfindungsgemäß zusätzlich das Ausschwingverhalten mit einem zu erwartenden Ausschwingverhalten ohne einen Gegenstand im Nahbereich verglichen. Nur wenn eine Veränderung des Ausschwingverhaltens ermittelt wird, wird auch ein ermittelter Phasensprung zur Ermittlung eines Abstands eines Gegenstands herangezogen. Alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwar ein Abstand ermittelt wird, jedoch eine zusätzliche Information ausgegeben wird, die angibt, dass eine Plausibilitätsprüfung über ein Auswerten des Ausschwingverhaltens den ermittelten Abstand nicht unterstützen kann.
Bei wieder einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Empfangssignal zusätzlich auf ein Vorhandensein von Mehrfachechos ausgewertet wird. Erneut kann eine Entfernungsbestimmung anhand eines Phasensprungsignals unterbleiben, sofern keine Mehrfachechos detektiert werden. Alternativ kann eine Kennzeichnung stattfinden, dass eine Plausibilitätsüberprüfung anhand von Mehrfachechos einen ermittelten Abstand nicht stützen kann. Darüber hinaus ist es möglich, in die Abstandsbestimmung die anhand der Mehrfachechos ermittelten Zeitabstände mit einzubeziehen, um beispielsweise eine statistische Mittelung der anhand der verschiedenen ermittelten Zeitabstände berechneten Abstände zwischen dem Gegenstand und der Sende- und Empfangseinrichtung vorzunehmen.
Die Auswerteeinrichtung 10 umfasst für diese Zwecke eine Phasenermittlungseinrichtung 31 sowie eine Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung 32. Die Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung 32 umfasst eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln und Vergleichen eines Ausschwingverhaltens. Zusätzlich umfasst die Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung eine Mehrfachechoauswertungseinrichtung 34. Anhand einer Abstandsermittlungseinrichtung 35 wird aus dem ermittelten Phasensprung bzw. dem ermittelten Phasensprungzeitabstand sowie gegebenenfalls Zeitabständen zwischen ermittelten Mehrfachechos ein Abstand eines Gegenstands von der Sende- und Empfangseinrichtung ermittelt. Kann kein Phasensprung ermittelt werden und auch anhand von gegebenenfalls aufgefundenen Mehrfachechos nicht auf einen Gegenstand geschlossen werden, dessen erster Echoimpuls während des Ausschwingens der Sende- und Empfangseinrichtung auf dieser eingetroffen ist, so wird das Empfangssignal 9, wie im Stand der Technik bekannt, hinsichtlich darin enthaltener Echos ausgewertet und werden anhand der ermittelten Zeitabstände dieser Echos von dem Sendeimpuls ein oder mehrere Abstände von Gegenständen zu der Sende- und Empfangseinrichtung ermittelt.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung mit einer Steuereinrichtung 11 integriert und mittels einer programmierbaren Schaltung umgesetzt. Hierbei kann es sich um eine programmgesteuerte Schaltung handeln, die eine Recheneinheit aufweist, die ein in einem Speicher abgelegtes Programm ausführt. Alternativ ist es möglich, eine dedizierte Schaltung zu nutzen, die fest verdrahtet ausgebildet ist.
Anhand von 5 wird exemplarisch ein Verfahrensablauf einer Ausführungsform noch einmal zusammengefasst. Zunächst wird ein Sendeimpuls (auch als Sendepuls bezeichnet) ausgesandt 41. Nach dem Aussenden des Sendeimpulses mittels der Sende- und Empfangseinrichtung werden von dieser, sofern eintreffend, Echoimpulse (auch als Echopulse bezeichnet) empfangen und, unabhängig von einem Eintreffen von Echoimpulsen, ein Empfangssignal bereitgestellt 42 und ausgewertet 43. Hierzu wird zunächst eine Phasenlage einzelner Schwingungen ermittelt, um einen Phasensprung detektieren zu können 44. Hierfür werden die Nulldurchgänge des Empfangssignals ermittelt und deren Positionen miteinander verglichen 46, um einen Phasensprung festzustellen. Anschließend wird geprüft, ob ein Phasensprung detektiert ist 45. Ist dies der Fall, so wird bei einer hier dargestellten Ausführungsform ein Ausschwingverhalten anhand der Intensität des Empfangssignals ausgewertet und mit einem Ausschwingverhalten verglichen, welches auftritt, sofern sich kein Gegenstand im Nahbereich der Sende- und Empfangseinrichtung befindet. Anschließend wird überprüft, ob eine Abweichung vom ungestörten Ausschwingverhalten vorliegt 47. Ist dies der Fall, so stützt dies eine Hypothese, dass während des Ausschwingens eine Echoimpuls detektiert ist und dessen Eintreffen durch den Phasensprung angezeigt ist. Zur weiteren Plausibilisierung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, sofern eine Abweichung von dem Ausschwingverhalten festgestellt ist, in dem Empfangssignal nach Mehrfachechos gesucht 48. Sind Echoimpulse in dem Empfangssignal zu ermitteln, deren Abstände zueinander und dem Zeitpunkt, zu dem der Phasensprung ermittelt ist, in der Weise korrespondieren, dass diese alle durch ein und denselben Gegenstand verursacht sein können, so wird hierdurch eine Hypothese weiter unterstützt, dass der aufgefundene Phasensprung durch einen Echoimpuls verursacht ist, der während des Ausschwingens auf die Sende- und Empfangseinrichtung getroffen ist. Es wird somit überprüft, ob entsprechende Mehrfachechos aufgefunden worden sind 49. Ist dies der Fall, so wird eine Abstandsbestimmung ausgeführt, die einen Phasensprungzeitabstand sowie gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ Zeitabstände der Mehrfachechos berücksichtigt 50. Anschließend wird ein Abstand ausgegeben 51. Alternativ oder zusätzlich wird eine Abstandsbestimmung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, über eine Ermittlung von Echoimpulsen in dem Empfangssignal und einen zeitlichen Abstand, den diese zu dem Sendeimpuls aufweisen, ausgeführt 52. Die Abstandsermittlung, wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird bei der dargestellten Ausführungsform auch jeweils ausgeführt, wenn kein Phasensprung detektiert, keine Abweichung vom erwarteten Ausschwingverhalten erkannt oder keine zu einem Phasensprung gehörige Mehrfachechos aufgefunden sind. Andere Ausführungsformen können die Plausibilisierung unterlassen oder anders in den Verfahrensablauf einbinden.
Nach dem Ausgeben 51 eines oder mehrere gegebenenfalls ermittelter Abstände wird anschließend ein neuer Sendeimpuls ausgesandt 41 und das Verfahren erneut durchlaufen.
Es ergibt sich für den Fachmann, dass Ausführungsformen denkbar sind, bei denen zur Plausibilisierung nur entweder ein Ausschwingverhalten oder Mehrfachechos ausgewertet werden. Ebenso sind Ausführungsformen denkbar, bei denen ein Phasensprungzeitabstand nur dann in einen Abstand umgerechnet wird, wenn mindestens eine der angegebenen Plausibilisierungsmöglichkeiten (Abweichung im Ausschwingverhalten oder Vorhandensein von Mehrfachechos) festgestellt ist. Wieder andere Ausführungsformen können unabhängig von einer Plausibilisierung eine Abstandsermittlung ausführen. Es versteht sich, dass auch anhand der Mehrfachechos ein Abstand ermittelt werden kann, wie es im Stand der Technik beschrieben ist, der zu einem Abstand korrespondiert, dessen erstes Echo innerhalb der Ausschwingzeitspanne auf die Sende- und Empfangseinrichtung trifft, wenn kein Phasensprung ermittelt werden kann, um jene Fälle zu berücksichtigen, in denen der Phasenversatz zwischen dem durch das Ausschwingen verursachte Signal und dem durch den Echoimpuls verursachten Signal genau der Wellenlänge der Grundschwingung des Sendesignals entspricht. Da das Verfahren jedoch iterativ ausgeführt wird, betrifft dies jeweils nur einzelne Zyklen, so dass bei einer Berücksichtigung mehrerer aufeinanderfolgender Zyklen ein solcher Fall in der Regel zuverlässig erkannt werden kann, da vorhandene Gegenstände sich aus einem Umgebungsbereich nur mit endlicher Geschwindigkeit entfernen können.
Die Ermittlung des Phasensprungs kann auf jede mögliche Art ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine analoge oder digitale IQ-Demodulation genutzt werden, um den Phasenverlauf zu ermitteln und anschließend diese auf Abweichungen zu untersuchen.
Es versteht sich, dass lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Sende- und Empfangseinrichtung
3: Schwingungselement
4: Sendeimpuls
5: Pfeil
6: Gegenstand
7: Echoimpuls
8: weiterer Pfeil
9: Empfangssignal
10: Auswerteeinrichtung
11: Steuereinrichtung
12: Strecke
14: gestrichelte Pfeile
15: gepunktete Pfeile
21: Signalintensität
23: Zeitintervall
24: zweiter Echoimpuls
25: dritter Echoimpuls
26: Phasensprung
27: Nulldurchgang (nur Ausschwingen)
28: Normabstand
29: Nulldurchgänge
30: Zeitabstände
31: Phasenermittlungseinrichtung
32: Plausibilitätsprüfungseinrichtung
33: Ausschwingauswerteeinrichtung
34: Mehrfachechoauswerteeinrichtung
35: Abstandermittlungseinrichtung
41: Aussenden eines Sendeimpulses
42: Bereitstellen eines Empfangssignals
43: Auswerten des Empfangssignals
44: Ermitteln eines Phasensprungs
45: Abfrage auf Vorliegen eines Phasensprungs
46: Auswerten eines Ausschwingverhaltens
47: Abfrage, ob eine Abweichung des Ausschwingverhaltens vorliegt
48: Auswerten von Mehrfachechos
49: Abfrage, ob Mehrfachechos vorliegen
50: Abstandsbestimmung
51: Ausgeben eines Abstands
52: Abstandsermittlung

Claims

Verfahren zur Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung umfassend die Schritte: Erzeugen eines periodische Schwingungen umfassenden Sendeimpulses (4) und Aussenden des Sendeimpulses (4) mit einer Sende- und Empfangseinrichtung (2), Empfangen von an Gegenständen (6) durch Reflexion aus dem Sendeimpuls (4) erzeugten Echoimpulsen (7, 24, 25) mit der Sende- und Empfangseinrichtung (2), die ein Empfangssignal (9) bereitstellt, und Auswerten des Empfangssignals (9), um empfangene Echoimpulse (7, 24, 25) zu ermitteln und hieraus auf einen oder mehrere Gegenstände (6) im Umfeld zu schließen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung des oder der entsprechenden Echoimpulse (7, 24, 25) sind, wobei Phasenlagen periodischer Schwingungen des Empfangssignals (9) während und/oder unmittelbar nach einem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses (4) ermittelt werden und hinsichtlich eines Auftretens mindestens eines Phasensprungs (26) ausgewertet werden, wobei ein Phasensprung als Hinweis auf einen Empfang eines Echoimpulses (7) während des Aussendens des Sendeimpulses (4) oder eines Ausschwingvorgangs der Sende- und Empfangseinrichtung (2) aufgefasst wird, wobei ein zeitlicher Abstand des Auftretens des ermittelten Phasensprungs (26) von dem Sendeimpuls (4), welcher als Phasensprungzeitabstand bezeichnet wird, zur Ermittlung der Entfernung eines der Gegenstände (6) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs (26) und dem vorausgehenden Sendeimpuls (4) nur zur Ermittlung des Abstands eines der Gegenstände (6) herangezogen wird, wenn zusätzlich eine Abweichung des Ausschwingverhaltens der Sende- und Empfangseinrichtung (2) von einem ungestörten Ausschwingverhalten ermittelt ist, oder zwar ein Abstand ermittelt wird, jedoch eine zusätzliche Information ausgegeben wird, die angibt, dass eine Plausibilitätsprüfung über ein Auswerten des Ausschwingverhaltens den ermittelten Abstand nicht unterstützen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilitätsprüfung des anhand des Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs (26) und dem Sendeimpuls (4) ermittelten Abstands eines der Gegenstände (6) vorgenommen wird, in dem das Sendesignal (9) auf Mehrfachechos (24, 25) untersucht wird, deren Zeitabstände von dem Sendeimpuls (4) ganzzahlige Vielfache des Phasensprungzeitabstands sind, und der anhand des Phasensprungs (26) ermittelte Abstand verworfen oder als unplausibel gekennzeichnet wird, sofern keine solchen Mehrfachechos (24, 25) aufgefunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Phasensprünge Zeitpunkte von Nulldurchgängen des periodische Schwingungen aufweisenden Empfangssignals (9) ermittelt und deren relative Zeitabstände ausgewertet werden, um einen Phasensprung zu ermitteln.
Vorrichtung (1) zur Abstandsbestimmung und/oder Freiraumerkennung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung umfassend: eine Sende- und Empfangseinrichtung (2) zum Aussenden eines periodische Schwingungen umfassenden Sendeimpulses (4) und Empfangen von an Gegenständen (6) durch Reflexion aus dem Sendeimpuls (4) erzeugten Echoimpulsen (7, 24, 25) und Bereitstellen eines Empfangssignal (9) sowie eine Auswerteeinrichtung (10) zum Auswerten des Empfangssignals (9), die ausgebildet ist, empfangene Echoimpulse (7, 24, 25) zu ermitteln und hieraus auf einen oder mehrere Gegenstände (6) im Umfeld zu schließen, der oder die ursächlich für eine Erzeugung des oder der entsprechenden Echoimpulse (7, 24, 25) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) eine Phasenermittlungseinrichtung (31) umfasst, die ausgebildet ist, Phasenlagen periodischer Schwingungen des Empfangssignals (9) während und/oder unmittelbar nach einem Beenden des Aussendens des Sendeimpulses (4) zu ermitteln und hinsichtlich eines Auftretens mindestens eines Phasensprungs (26) auszuwerten werden, wobei ein Phasensprung als Hinweis auf einen Empfang eines Echoimpulses (7) während eines Aussendens des Sendeimpulses (4) oder einer Ausschwingzeitspanne eines ungestörten Ausschwingvorgangs der Sende- und Empfangseinrichtung (2) aufgefasst wird, wobei die Auswerteeinrichtung (10) ausgebildet ist, den zeitlichen Abstand des Zeitpunktes des Auftretens des ermittelten Phasensprungs (26) von dem Sendeimpuls (4), welcher als Phasensprungzeitabstand bezeichnet wird, zur Ermittlung der Entfernung eines der Gegenstände (6) zu nutzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) ausgebildet ist, den Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs (26) und dem vorausgehenden Sendeimpuls (4) nur zur Ermittlung des Abstands eines der Gegenstände (6) heranzuziehen, wenn zusätzlich eine Abweichung des Ausschwingverhaltens der Sende- und Empfangseinrichtung (2) von einem ungestörten Ausschwingverhalten ermittelt ist, oder zwar ein Abstand zu ermitteln, jedoch eine zusätzliche Information auszugeben, die angibt, dass eine Plausibilitätsprüfung über ein Auswerten des Ausschwingverhaltens den ermittelten Abstand nicht unterstützen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) eine Plausibilisierungseinrichtung (32) zum Ausführen einer Plausibilitätsprüfung des anhand des Zeitabstand zwischen dem Auftreten des ermittelten Phasensprungs (26) und dem Sendeimpuls (4) ermittelten Abstands eines der Gegenstände (6) umfasst, die ausgebildet ist, das Empfangssignal (9) auf Mehrfachechos (24, 25) zu untersuchen, deren Zeitabstände von dem Sendeimpuls (4) ganzzahlige Vielfache des Phasensprungzeitabstands sind, und die Auswerteeinrichtung (10) ferner ausgebildet ist, den anhand des Phasensprungs (26) ermittelte Abstand zu verwerfen oder als unplausibel zu kennzeichnen, sofern keine solchen Mehrfachechos (24, 25) aufgefunden werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) zusätzlich ausgebildet ist, in dem Empfangssignal (9) Echoimpulse (7, 24, 25) zu ermitteln, deren zeitliche Abstände zum Sendeimpuls (4) zu bestimmen und hieraus ein oder mehrere Abstände zu einem oder mehreren Gegenständen (6), der oder die ursächlich für eine Erzeugung der entsprechenden Echoimpulse (7, 24, 25) sind, zu ermitteln.