DE102011016946A1 - Method for determining frequency of excitation signal of ultrasonic sensor to measure distance between passenger car and vehicle-external object, involves defining frequency of excitation signal based on frequency spectrum of reply signal - Google Patents

Method for determining frequency of excitation signal of ultrasonic sensor to measure distance between passenger car and vehicle-external object, involves defining frequency of excitation signal based on frequency spectrum of reply signal Download PDF

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Volkswagen AG
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Abstract

The method involves excitation of a swinging member i.e. membrane, of an ultrasonic sensor (3) with a test signal. A reply signal is detected to characterize oscillation of the swinging member due to the excitation with the test signal. Frequency of the excitation signal is defined based on frequency spectrum of the reply signal, where the reply signal of nearly Fourier transformation is subjected. The test signal with greater frequency bandwidth in relation to the excitation signal is produced, where the spectrum is produced exclusively from a decaying portion of the reply signal. The test signal is a sine signal. An independent claim is also included for a driver assistance device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer Frequenz für ein Anregungssignal, mit welchem ein Schwingelement (z. B. Membran) eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs zum Aussenden eines Sendeschalls zum Messen eines Abstandes angeregt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Fahrerassistenzeinrichtung, welche zum Durchführen eines solchen Verfahrens ausgebildet ist, wie auch auf ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Fahrerassistenzeinrichtung.The invention relates to a method for determining a frequency for an excitation signal, with which a vibrating element (eg membrane) of an ultrasonic sensor of a motor vehicle for emitting a transmission sound for measuring a distance is excited. The invention also relates to a driver assistance device which is designed to carry out such a method, as well as to a motor vehicle with such a driver assistance device.

Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Es geht hier insbesondere um Ultraschallsensoren, die in einem Kraftfahrzeug für die so genannte „Einparkhilfe” (Ultrasonic Park Assistent) eingesetzt werden. In der Regel werden die Ultraschallsensoren sowohl am vorderen Stoßfänger als auch am hinteren Stoßfänger angebracht. Es existieren derzeit Ultraschallsensoren, welche sichtbar im Stoßfänger verbaut sind. Bei derartigen sichtbaren Ultraschallsensoren ist die Membran schwingungstechnisch vom Stoßfänger bzw. von anderen Fahrzeugteilen vollständig entkoppelt und kann somit ungehindert schwingen. Die Membran kann somit in ihrer Schwingform sowie in der Frequenz durch den Membranboden und der immer gleichen Beschichtungsdicke genau auf eine Betriebsfrequenz ausgelegt werden. Die Membran kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass bei einer bestimmten Frequenz (+/–500 Hz) des Anregungssignals ein Schwingungsmaximum an der Stirnfläche der Membran auftritt.Ultrasonic sensors for motor vehicles are already known from the prior art in a variety of configurations. This is particularly about ultrasonic sensors that are used in a motor vehicle for the so-called "parking assistance" (Ultrasonic Park Assistant). In general, the ultrasonic sensors are mounted on both the front bumper and the rear bumper. There are currently ultrasonic sensors, which are installed visible in the bumper. In such visible ultrasonic sensors, the membrane is vibrationally completely decoupled from the bumper or other parts of the vehicle and thus can swing unhindered. The membrane can thus be designed in its oscillatory shape as well as in frequency through the diaphragm bottom and always the same coating thickness exactly to an operating frequency. The membrane can be designed, for example, so that at a certain frequency (+/- 500 Hz) of the excitation signal, a maximum vibration occurs at the end face of the membrane.

In der Regel wird die Membran über ein Piezoelement angeregt. Das Anregungssignal – etwa in Form von elektrischer Spannung – wird am Piezoelement angelegt, und die Membran wird somit durch das Piezoelement angeregt. Die Membran sendet dann den Sendeschall aus und empfängt einen von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierten Schall. In Abhängigkeit von dem reflektierten Schall kann dann der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt gemessen werden.In general, the membrane is excited via a piezoelectric element. The excitation signal - for example in the form of electrical voltage - is applied to the piezoelectric element, and the diaphragm is thus excited by the piezoelectric element. The membrane then transmits the transmitted sound and receives a sound reflected from an external vehicle object. Depending on the reflected sound, the distance between the motor vehicle and the object can then be measured.

Neben den oben genannten „sichtbaren” Ultraschallsensoren existieren im Stand der Technik auch solche Sensoren, die nicht mehr sichtbar im Stoßfänger verbaut sind. Bei derartigen Ultraschallsensoren gibt es einige große Veränderungen im Hinblick auf die Anordnung der Membran. Die Schwingung der Membran wird hier in den Stoßfänger eingeleitet, und der Stoßfänger muss den Sendeschall in die Luft einkoppeln. Dies bedeutet, dass der Stoßfänger ein Bestandteil des Schwingsystems wird. Die Einkopplung der Schwingung in den Stoßfänger kann nur unter der Voraussetzung geschehen, dass die Membran an den Stoßfänger so befestigt wird, dass die Schallwellen dort verlustfrei eindringen bzw. übertragen werden. Dazu wird ein Verbindungsmedium verwendet, etwa ein Kleber. Durch die Ankopplung der Membran an den Stoßfänger wird die Frequenz der gesamten Anordnung verändert. Aufgrund dieser Ankopplung entsteht ein Verbund aus der Membran, den Kleber und den Stoßfänger, und das Schwingungsmaximum verschiebt sich zu anderen Frequenzen hin. Die Frequenz der maximalen Amplitude des Sendeschalls wird in hohem Maß von den Materialeigenschaften und den Wandstärken bzw. der Schichtdicke des Klebers und des Stoßfängermaterials beeinflusst. Gerade die Materialeigenschaften des Stoßfängers – etwa aus Kunststoff – sind besonders temperaturabhängig. Die jeweils optimale Frequenz des Sendeschalls verändert sich somit in Abhängigkeit von der Temperatur und anderen materialspezifischen Parameter in einem relativ großen Frequenzbereich. Wird nun eine andere Frequenz des Anregungssignals als die Eigenfrequenz bzw. die Resonanzfrequenz der gesamten Anordnung gewählt, so ist die Amplitude des Sendeschalls relativ gering, und der Ultraschallsensor erfüllt nicht mehr seine Funktion.In addition to the above-mentioned "visible" ultrasonic sensors also exist in the prior art, such sensors that are no longer visible installed in the bumper. In such ultrasonic sensors, there are some great changes in the arrangement of the membrane. The vibration of the diaphragm is introduced here in the bumper, and the bumper must couple the transmission sound in the air. This means that the bumper becomes part of the vibration system. The coupling of the vibration in the bumper can only happen under the condition that the membrane is attached to the bumper so that the sound waves penetrate loss or transfer there. For this purpose, a connection medium is used, such as an adhesive. By coupling the membrane to the bumper, the frequency of the entire assembly is changed. Due to this coupling creates a composite of the membrane, the adhesive and the bumper, and the maximum vibration shifts to other frequencies out. The frequency of the maximum amplitude of the transmission sound is greatly influenced by the material properties and the wall thicknesses or the layer thickness of the adhesive and the bumper material. Especially the material properties of the bumper - such as plastic - are particularly temperature-dependent. The respective optimum frequency of the transmission sound thus changes as a function of the temperature and other material-specific parameters in a relatively large frequency range. If a different frequency of the excitation signal than the natural frequency or the resonant frequency of the entire arrangement is selected, the amplitude of the transmission sound is relatively low, and the ultrasonic sensor no longer fulfills its function.

Es treten durch die ständigen Frequenzverschiebungen über der Temperatur und Einbautoleranzen im Alltagsbetrieb so große Schwankungen auf, dass der Schalldruck und damit auch die Reichweite des Ultraschallsensors nachlassen. Eine Abhilfe schafft hier ein Verfahren, wie es im Dokument US 7 607 352 B2 beschrieben ist. Es wird hier die Umgebungstemperatur erfasst und die jeweils optimale Frequenz des Anregungssignals und somit des Sendeschalls wird unter Berücksichtigung der gemessenen Temperatur festgelegt. Auf diese Weise wird die Temperaturabhängigkeit der gesamten Schwinganordnung kompensiert. Als nachteilig an diesem Stand der Technik ist der Umstand anzusehen, dass einerseits die Temperatur mithilfe eines aufwendigen Temperatursensors gemessen werden muss und andererseits andere Parameter, welche die Eigenfrequenz der Schwinganordnung beeinflussen, nicht berücksichtigt werden. Beispielsweise werden hier die Einbautoleranzen des Ultraschallsensors nicht berücksichtigt; genauso wenig werden die mechanischen Verformungen der Materialien berücksichtigt. Die Bestimmung der Sendefrequenz kann bei diesem Verfahren somit nur unzureichend erfolgen.Due to the constant frequency shifts over the temperature and installation tolerances in everyday operation, so great fluctuations occur that the sound pressure and thus the range of the ultrasonic sensor diminish. A remedy here creates a procedure, as in the document US Pat. No. 7,607,352 B2 is described. Here, the ambient temperature is detected and the respectively optimal frequency of the excitation signal and thus of the transmission sound is determined taking into account the measured temperature. In this way, the temperature dependence of the entire oscillating arrangement is compensated. A disadvantage of this prior art is the fact that on the one hand the temperature must be measured by means of a complex temperature sensor and on the other hand other parameters which influence the natural frequency of the oscillating arrangement are not taken into account. For example, the installation tolerances of the ultrasonic sensor are not taken into account here; neither are the mechanical deformations of the materials considered. The determination of the transmission frequency can thus be done only insufficiently in this method.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung die jeweils optimale Frequenz für das Anregungssignal bestimmt werden kann.It is an object of the invention to provide a solution, as in a method of the type mentioned, the respective optimum frequency for the excitation signal can be determined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch eine Fahrerassistenzeinrichtung bzw. ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a method with the features according to claim 1, by a driver assistance device or a driver assistance system with the features of claim 10 and by a Motor vehicle solved with the features of claim 11. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Festlegen bzw. Bestimmen der jeweils optimalen Frequenz für ein Anregungssignal ausgelegt, mit welchem ein Schwingelement – etwa eine Membran – eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs zum Aussenden eines Sendeschalls angeregt wird, um einen Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und einem fahrzeugexternen Objekt zu messen. Das Schwingelement wird mit einem Prüfsignal angeregt, und es wird ein Antwortsignal erfasst, welches eine Schwingung des Schwingelements aufgrund der Anregung mit dem Prüfsignal charakterisiert. Die Frequenz für das Anregungssignal wird dann anhand des Antwortsignals festgelegt. Dann kann das Schwingelement mit dem vorher ermittelten Anregungssignal zum Aussenden des Sendeschalls angeregt werden.A method according to the invention is designed for determining or respectively determining the respective optimum frequency for an excitation signal, with which a vibrating element - for example a membrane - of an ultrasonic sensor of a motor vehicle is excited to emit a transmission sound in order to measure a distance between the ultrasonic sensor and an object external of the vehicle , The vibrating element is excited with a test signal, and a response signal is detected, which characterizes a vibration of the vibrating element due to the excitation with the test signal. The frequency for the excitation signal is then determined based on the response signal. Then, the vibrating element can be excited with the previously determined excitation signal for emitting the transmission sound.

Mit anderen Worten besteht ein Kernstück der Erfindung darin, vor dem Aussenden des tatsächlichen Sendeschalls das Schwingelement zu einer – insbesondere sehr kurzen – Schwingung anzuregen und ein daraus resultierendes Antwortsignal des Schwingelements zu analysieren. In Abhängigkeit von dieser Analyse kann dann situationsabhängig die jeweils optimale Frequenz für das Anregungssignal bestimmt werden, so dass der Schalldruck und somit die Reichweite des Ultraschallsensors maximal sind. Es wird also quasi eine Impulsantwort des Ultraschallsensors gemessen, und die Sendefrequenz wird in Abhängigkeit von der Impulsantwort bestimmt. Aus der Anregung mit dem Prüfsignal und dem daraus resultierenden Antwortsignal lässt sich die jeweils optimale Sendefrequenz des Schwingelements ermitteln, welche durch die Umgebungsbedingungen, wie die Temperatur, mechanische Eigenschaften und Alterung der Bauteile vorgegeben wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik fließen hier alle Einflussparameter ein bzw. alle Einflussparameter, die die Frequenzeigenschaften des Ultraschallsensors beeinflussen, werden berücksichtigt. Die Sendefrequenz kann somit besonders präzise bestimmt werden, und der Ultraschallsensor kann stets bei einer maximalen Amplitude des Sendeschalls betrieben werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist außerdem kein Temperatursensor erforderlich, und es können die bereits vorhandenen Bauteile genutzt werden. Es können somit Kosten gespart werden, wie auch der wertvolle Bauraum.In other words, a core element of the invention is to excite the vibrating element to a - in particular very short - vibration before the emission of the actual transmission sound and to analyze a resulting response signal of the vibrating element. Depending on the situation, the respective optimal frequency for the excitation signal can be determined depending on the situation, so that the sound pressure and thus the range of the ultrasound sensor are maximal. Thus, as it were, an impulse response of the ultrasonic sensor is measured, and the transmission frequency is determined as a function of the impulse response. From the excitation with the test signal and the resulting response signal can be determined each optimal transmission frequency of the vibrating element, which is determined by the environmental conditions, such as temperature, mechanical properties and aging of the components. In contrast to the state of the art, all influencing parameters flow in here, or all influencing parameters that influence the frequency characteristics of the ultrasonic sensor are taken into account. The transmission frequency can thus be determined particularly precisely, and the ultrasonic sensor can always be operated at a maximum amplitude of the transmission sound. In contrast to the prior art, no temperature sensor is required, and the existing components can be used. It can thus be saved costs, as well as the valuable space.

Das Antwortsignal ist also ein Signal – insbesondere in Form von elektrischer Spannung –, welches die Schwingung des Schwingelements nach der Anregung beschreibt. Das Antwortsignal ist somit unabhängig von fahrzeugexternen Hindernissen, sondern hängt alleine von der gesamten Anordnung einschließlich des Ultraschallsensors und gegebenenfalls eines Fahrzeugteils ab. Das Antwortsignal kann zum Beispiel an einem Piezoelement erfasst werden, mittels welchem das Schwingelement (Membran) zur Schwingung angeregt wird.The response signal is thus a signal - in particular in the form of electrical voltage - which describes the oscillation of the vibrating element after the excitation. The response signal is thus independent of external obstacles, but depends solely on the entire arrangement including the ultrasonic sensor and possibly a vehicle part. The response signal can be detected, for example, on a piezoelectric element, by means of which the vibrating element (diaphragm) is excited to vibrate.

Das Verfahren wird vorzugsweise auf einen Ultraschallsensor angewandt, welcher zu einer Einparkhilfe bzw. einer Fahrerassistenzeinrichtung gehört, mittels welcher der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke unterstützt werden kann. Der Ultraschallsensor kann beispielsweise an einem Stoßfänger derart angeordnet sein, dass das Schwingelement (Membran) an den Stoßfänger angekoppelt ist und die Schwingung des Schwingelements somit in den Stoßfänger übertragen wird. Alternativ zu einem Stoßfänger kann der Ultraschallsensor an einem anderen beliebigen Fahrzeugteil bzw. Verkleidungsteil angebracht sein.The method is preferably applied to an ultrasonic sensor, which belongs to a parking aid or a driver assistance device, by means of which the driver can be supported when parking the motor vehicle in a parking space. The ultrasonic sensor can be arranged for example on a bumper such that the oscillating element (diaphragm) is coupled to the bumper and the vibration of the vibrating element is thus transmitted into the bumper. As an alternative to a bumper, the ultrasonic sensor may be attached to another arbitrary vehicle part or trim part.

Bevorzugt wird die Frequenz vor jedem Aussenden eines Anregungssignals jeweils neu festgelegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Prüfsignal vor jeder Aktivierung der Einparkhilfe erzeugt und somit auch die Frequenz vor jeder Aktivierung der Einparkhilfe festgelegt wird. Dann ist stets sichergestellt, dass der Ultraschallsensor bei der jeweils optimalen Frequenz betrieben wird und somit stets eine maximale Reichweite besitzt.Preferably, the frequency is set new before each emission of an excitation signal. It can also be provided that the test signal is generated before each activation of the parking aid and thus the frequency is set before each activation of the parking aid. Then it is always ensured that the ultrasonic sensor is operated at the respectively optimum frequency and thus always has a maximum range.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Frequenz für das Anregungssignal anhand eines Frequenzspektrums des Antwortsignals festgelegt wird. Es wird bei dieser Ausführungsform also eine Systemantwort bzw. ein Frequenzgang des Ultraschallsensors analysiert, und die jeweils optimale Frequenz für das Anregungssignal wird in Abhängigkeit von dem Frequenzgang bestimmt. Die Analyse des Frequenzspektrums hat gegenüber einer Analyse des Antwortsignals im Zeitbereich den Vorteil, dass sie ohne viel Aufwand und auf einfach zu implementierende Weise durchgeführt werden kann.It proves to be particularly advantageous if the frequency for the excitation signal is determined based on a frequency spectrum of the response signal. Thus, in this embodiment, a system response or a frequency response of the ultrasound sensor is analyzed, and the respective optimum frequency for the excitation signal is determined as a function of the frequency response. The analysis of the frequency spectrum has the advantage over an analysis of the response signal in the time domain that it can be carried out without much effort and in a manner which is easy to implement.

Also kann das Antwortsignal einer Fourier-Transformation unterzogen werden. Insbesondere wird hier die so genannte Fast-Fourier-Transformation (FFT) angewandt, so dass das Antwortsignal besonders zeiteffizient bzw. rasch analysiert werden kann.So the response signal can be subjected to a Fourier transform. In particular, the so-called fast Fourier transformation (FFT) is used here, so that the response signal can be analyzed particularly quickly and / or quickly.

Im Hinblick auf die Reichweite und den Wirkungsgrad des Ultraschallsensors erweist sich als vorteilhaft, wenn in dem Frequenzspektrum des Antwortsignals ein Frequenzwert ermittelt wird, bei welchem das Antwortsignal eine maximale Amplitude – gegebenenfalls +/–3 dB – aufweist. Dann wird dieser ermittelte Frequenzwert für das Anregungssignal verwendet bzw. das Anregungssignal wird mit diesem Frequenzwert erzeugt (das Anregungssignal ist in der Regel ein Sinussignal). Auf diese Weise wird erreicht, dass die Schwingungsamplitude des Schwingelements und somit auch der Schalldruck maximal sind. Auf diesem Wege gelingt es, die Reichweite des Ultraschallsensors, wie auch seinen Wirkungsgrad auf ein Maximum zu bringen.With regard to the range and the efficiency of the ultrasonic sensor, it proves to be advantageous if a frequency value is determined in the frequency spectrum of the response signal, in which case the response signal has a maximum amplitude-optionally +/- 3 dB. Then, this determined frequency value is used for the excitation signal or the excitation signal is generated with this frequency value (the excitation signal is in usually a sinusoidal signal). In this way it is achieved that the oscillation amplitude of the vibrating element and thus also the sound pressure are maximum. In this way, it is possible to bring the range of the ultrasonic sensor, as well as its efficiency to a maximum.

Wird das Schwingelement mit dem Prüfsignal angeregt, so schwingt es nicht nur für die Zeitdauer des Prüfsignals, sondern verbleibt auch für eine nachfolgende Ausschwingzeit in Schwingung. Das erfasste Antwortsignal charakterisiert somit die Schwingung des Schwingelements sowohl während der Zeitdauer des Prüfsignals als auch während der Ausschwingzeit, welche nach der Zeitdauer des Prüfsignals folgt. Mit anderen Worten besitzt das Antwortsignal einen Signalanteil, welcher dem Prüfsignal entspricht, wie auch einen darauf folgenden Ausschwinganteil. Weil das Prüfsignal vorzugsweise ein breitbandiges Signal ist, besitzt auch das gesamte Antwortsignal ein relativ flaches und breites Frequenzspektrum. Anhand dieses flachen Frequenzspektrums kann der jeweils optimale Frequenzwert für das Anregungssignal bzw. die Eigenfrequenz des gesamten Schwingsystems nicht oder nur mit einem relativ großen Aufwand ermittelt werden. Aus diesem Grund erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Frequenzspektrum ausschließlich aus dem genannten Ausschwinganteil des Antwortsignals erzeugt wird, welcher zeitlich nach dem Prüfsignal folgt. Man analysiert somit vorzugsweise lediglich das Ausschwingsignal, welches zeitlich unmittelbar nach dem Prüfsignal erfasst wird bzw. sich unmittelbar an das Prüfsignal anschließt und somit das Schwingverhalten des Schwingelements nach Wegnahme des Prüfsignals charakterisiert. Das Frequenzspektrum des Ausschwinganteils des Antwortsignals besitzt nämlich ein einfach zu ermittelndes Maximum, welches bei einem bestimmten Frequenzwert auftritt. Dieser Frequenzwert kann dann für das Anregungssignal verwendet werden. Die Eigenfrequenz des Ultraschallsensors kann somit besonders einfach bzw. ohne viel Rechenaufwand ermittelt werden. Bei einer Verwirklichung dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein Zeitfenster – etwa ein rechteckförmiges Zeitfenster – über den zeitlichen Ausschwinganteil des Antwortsignals gelegt, so dass das Prüfsignal „weggeschnitten” wird. Der Ausschwinganteil des Antwortsignals kann dann der Fourier-Transformation unterzogen werden, und man erhält somit ein Frequenzspektrum mit einem gut erkennbaren Maximum, nämlich bei der Eigenfrequenz bzw. der Frequenz der höchsten Schwingungsamplitude. Es sind auch andere Formen des Zeitfensters möglich, etwa die Gauß-Funktion.If the oscillating element is excited with the test signal, it not only vibrates for the duration of the test signal, but also remains in oscillation for a subsequent decay time. The detected response signal thus characterizes the oscillation of the vibrating element both during the duration of the test signal and during the settling time, which follows after the duration of the test signal. In other words, the response signal has a signal portion which corresponds to the test signal, as well as a subsequent Ausschwinganteil. Because the test signal is preferably a wideband signal, the entire response signal also has a relatively flat and broad frequency spectrum. On the basis of this flat frequency spectrum, the respectively optimum frequency value for the excitation signal or the natural frequency of the entire oscillating system can not be determined or can only be determined with a relatively large outlay. For this reason, it proves to be particularly advantageous if the frequency spectrum is generated exclusively from said decay component of the response signal, which follows in time after the test signal. Thus, it is preferable to analyze only the decoupling signal, which is recorded immediately after the test signal or directly adjoins the test signal and thus characterizes the oscillation behavior of the oscillating element after removal of the test signal. Namely, the frequency spectrum of the decay portion of the response signal has an easy-to-ascertain maximum occurring at a certain frequency value. This frequency value can then be used for the excitation signal. The natural frequency of the ultrasonic sensor can thus be determined particularly simply or without much computational effort. In an embodiment of this embodiment, for example, a time window - such as a rectangular time window - placed on the temporal Ausschwinganteil of the response signal, so that the test signal is "cut away". The decay component of the response signal can then be subjected to the Fourier transformation, and one thus obtains a frequency spectrum with a well recognizable maximum, namely at the natural frequency or the frequency of the highest oscillation amplitude. Other forms of the time window are possible, such as the Gaussian function.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Fourier-Transformation beschränkt. So kann auch vorgesehen sein, dass in dem Ausschwinganteil die Zeitpunkte der Nulldurchgänge dieses Signals ermittelt werden und aus den Zeitabständen zwischen den Nulldurchgängen eine Periodendauer T bestimmt wird. Aus dem Kehrwert der Periodendauer T lässt sich dann auch die optimale Sendefrequenz bestimmen. Es gilt hier folgende Beziehung: f = 1/T, wobei f die gesuchte Frequenz für das Anregungssignal bezeichnet.However, the invention is not limited to the Fourier transform. Thus, it can also be provided that the time points of the zero crossings of this signal are determined in the decay component and a period T is determined from the time intervals between the zero crossings. The reciprocal value of the period T can then be used to determine the optimum transmission frequency. The following relationship applies here: f = 1 / T, where f denotes the sought frequency for the excitation signal.

Das Prüfsignal besitzt vorzugsweise eine gegenüber dem Anregungssignal deutlich größere Frequenzbandbreite. Auf diesem Wege gelingt es, die Eigenfrequenz des Ultraschallsensors auch bei relativ großen Frequenzverschiebungen bzw. Schwankungen zu bestimmen. Es kann auch vorgesehen sein, das die Frequenzbandbreite des Prüfsignals zumindest überwiegend eine Frequenzbandbreite bzw. eine Frequenzreserve eines Sendemodulators abdeckt, mittels welchem das Anregungssignal bzw. der Sendeschall moduliert bzw. die Frequenz des Anregungssignals eingestellt wird.The test signal preferably has a much larger frequency bandwidth than the excitation signal. In this way, it is possible to determine the natural frequency of the ultrasonic sensor even with relatively large frequency shifts or fluctuations. It can also be provided that the frequency bandwidth of the test signal at least predominantly covers a frequency bandwidth or a frequency reserve of a transmit modulator, by means of which the excitation signal or the transmission sound is modulated or the frequency of the excitation signal is adjusted.

Vorzugsweise wird als Prüfsignal ein Sinussignal erzeugt. Ein Sinussignal kann nämlich mit geringem technischem Aufwand bereitgestellt werden. Das Prüfsignal besitzt bevorzugt eine solche Anzahl von Sinushalbwellen, welche kleiner als 10, insbesondere kleiner als 4 ist. Besonders bevorzugt besitzt das Prüfsignal lediglich eine einzige Sinushalbwelle. Dann ist nämlich sichergestellt, dass das Prüfsignal eine besonders große Frequenzbandbreite aufweist, so dass das Maximum im Frequenzspektrum bzw. die Eigenfrequenz des Ultraschallsensors auch bei relativ großen Frequenzschwankungen des Systems ermittelt werden kann.Preferably, a sine signal is generated as the test signal. A sinusoidal signal can namely be provided with little technical effort. The test signal preferably has such a number of sine half-waves which is smaller than 10, in particular smaller than 4. Particularly preferably, the test signal has only a single sine half-wave. It is then ensured that the test signal has a particularly large frequency bandwidth, so that the maximum in the frequency spectrum or the natural frequency of the ultrasonic sensor can be determined even with relatively large frequency fluctuations of the system.

Die Frequenz des Prüfsignals – insbesondere des Sinussignals – beträgt vorzugsweise 51,2 kHz. Diese Frequenz kann jedoch ganz allgemein in einem Wertebereich von 40 kHz bis 70 kHz, insbesondere in einem Wertebereich von 50 kHz bis 53 kHz, liegen. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass der Ultraschallsensor alleine – wenn es noch nicht montiert ist – bevorzugt eine Eigenfrequenz von 51,2 kHz aufweist. Ist nun die mittlere Frequenz des Prüfsignals gleich der Eigenfrequenz des alleinstehenden Ultraschallsensors, so können sowohl positive als auch negative Frequenzverschiebungen kompensiert werden.The frequency of the test signal - in particular of the sine signal - is preferably 51.2 kHz. However, this frequency can generally be in a value range from 40 kHz to 70 kHz, in particular in a value range from 50 kHz to 53 kHz. This is based on the idea that the ultrasonic sensor alone - if it is not yet mounted - preferably has a natural frequency of 51.2 kHz. Now, if the average frequency of the test signal is equal to the natural frequency of the stand-alone ultrasonic sensor, so both positive and negative frequency shifts can be compensated.

Im Hinblick auf die große Bandbreite des Prüfsignals erweist sich als vorteilhaft, wenn eine Zeitdauer des Prüfsignals geringer als 40 μs, insbesondere geringer als 20 μs, ist. Beispielsweise kann diese Zeitdauer etwa 10 μs betragen.In view of the large bandwidth of the test signal proves to be advantageous if a period of the test signal is less than 40 microseconds, in particular less than 20 microseconds. For example, this period of time may be about 10 μs.

Bei einer Fahrerassistenzeinrichtung – etwa der Einparkhilfe – wird in der Regel nicht nur ein einziger Ultraschallsensor eingesetzt, sondern es werden eine Vielzahl von Ultraschallsensoren verwendet. In der Regel werden die Ultraschallsensoren an den Stoßfängern montiert. Ist nun eine Vielzahl von Ultraschallsensoren gegeben, so kann das erfindungsgemäße Verfahren bei jedem Ultraschallsensor einzeln durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass auf die oben beschriebene Art und Weise die jeweiligen Eigenfrequenzen der Ultraschallsensoren separat ermittelt werden. Dann sind im Prinzip zwei verschiedene Ausführungsformen vorgesehen. Zum einen kann jeder Ultraschallsensor bei seiner individuellen Frequenz senden und empfangen – mit anderen Worten kann das jeweilige Anregungssignal mit der individuellen Eigenfrequenz des Ultraschallsensors erzeugt werden. Auf der anderen Seite kann auch vorgesehen sein, dass aus allen ermittelten Frequenzen ein Mittelwert berechnet wird und alle Ultraschallsensoren bei dem gemittelten Frequenzwert betrieben werden.In a driver assistance device - such as the parking aid - not only a single ultrasonic sensor is usually used, but it is used a variety of ultrasonic sensors. In general, the ultrasonic sensors to the Bumpers mounted. Now, given a variety of ultrasonic sensors, the inventive method can be performed individually for each ultrasonic sensor. This means that the respective natural frequencies of the ultrasonic sensors are determined separately in the manner described above. Then, in principle, two different embodiments are provided. On the one hand, each ultrasonic sensor can transmit and receive at its individual frequency - in other words, the respective excitation signal can be generated with the individual natural frequency of the ultrasonic sensor. On the other hand, it can also be provided that an average value is calculated from all determined frequencies and all ultrasonic sensors are operated at the averaged frequency value.

Anhand des Antwortsignals kann auch festgestellt werden, ob der Ultraschallsensor einen Fehler aufweist oder nicht. Also kann anhand des Antwortsignals eine Fehlerdiagnose des Ultraschallsensors durchgeführt werden, und es kann beispielsweise eine Schneeerkennung bzw. eine Eiserkennung durchgeführt werden. Im Allgemeinen kann anhand des Antwortsignals ein blockierter Zustand des Ultraschallsensors festgestellt werden. Dies kann beispielsweise so aussehen, dass der Ultraschallsensor als blockiert dann eingestuft wird, wenn beispielsweise kein Maximum im Frequenzspektrum des Antwortsignals ermittelt werden konnte oder aber die Abweichung der ermittelten Eigenfrequenz von der Eigenfrequenz eines alleinstehenden Ultraschallsensors (51,2 kHz) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.On the basis of the response signal can also be determined whether the ultrasonic sensor has an error or not. Thus, a fault diagnosis of the ultrasonic sensor can be carried out on the basis of the response signal, and, for example, snow detection or ice detection can be carried out. In general, based on the response signal, a blocked state of the ultrasonic sensor can be detected. This may, for example, be such that the ultrasonic sensor is classified as blocked when, for example, no maximum in the frequency spectrum of the response signal could be determined or the deviation of the determined natural frequency from the natural frequency of a stand-alone ultrasonic sensor (51.2 kHz) exceeds a predetermined limit.

Erfindungsgemäß wird darüber hinaus eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welche einen Ultraschallsensor mit einem Schwingelement zum Aussenden eines Sendeschalls aufweist. Eine Steuereinrichtung ist zum Anregen des Schwingelements mit einem Anregungssignal ausgebildet, um den Sendeschall zum Messen eines Abstands auszusenden. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, das Schwingelement mit einem Prüfsignal anzuregen, ein eine Schwingung des Schwingelements charakterisierendes Antwortsignal zu erfassen und eine Frequenz für das Anregungssignal anhand des Antwortsignals festzulegen.According to the invention, a driver assistance device for a motor vehicle is additionally provided, which has an ultrasonic sensor with a vibrating element for emitting a transmission sound. A control device is designed to excite the oscillating element with an excitation signal in order to emit the transmitted sound for measuring a distance. The control device is designed to excite the vibrating element with a test signal, to detect a response signal characterizing a vibration of the vibrating element and to determine a frequency for the excitation signal on the basis of the response signal.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung.A motor vehicle according to the invention comprises a driver assistance device according to the invention.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The preferred embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply correspondingly to the driver assistance device according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained with reference to a preferred embodiment, as well as with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic plan view of a motor vehicle with a driver assistance device according to an embodiment of the invention;

2 in schematischer Darstellung eine Anordnung mit einem Ultraschallsensor der Fahrerassistenzeinrichtung und mit einem Fahrzeugteil, an welchem der Ultraschallsensor befestigt ist; 2 a schematic representation of an arrangement with an ultrasonic sensor of the driver assistance device and with a vehicle part to which the ultrasonic sensor is attached;

3 einen zeitlichen Verlauf eines Prüfsignals und eines Antwortsignals; 3 a time course of a test signal and a response signal;

4 ein Frequenzspektrum des gesamten Antwortsignals; 4 a frequency spectrum of the entire response signal;

5 einen zeitlichen Verlauf eines Ausschwinganteils des Antwortsignals; 5 a time profile of a Ausschwinganteils of the response signal;

6 das Frequenzspektrum des Ausschwinganteils; und 6 the frequency spectrum of the Ausschwinganteils; and

7 den Frequenzgang des Ultraschallsensors, wobei die Frequenz der größten Amplitude mit der Frequenz der größten Amplitude eines alleinstehenden Sensors verglichen wird. 7 the frequency response of the ultrasonic sensor, wherein the frequency of the largest amplitude is compared with the frequency of the largest amplitude of a stand-alone sensor.

Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet eine Fahrerassistenzeinrichtung 2, welche im Ausführungsbeispiel eine Einparkhilfe ist. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 ist also ein Fahrerassistenzsystem, welches den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 beim Einparken in eine Parklücke unterstützen kann. Dieses Unterstützen kann beinhalten, dass mithilfe von Ultraschallsensoren 3 Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und fahrzeugexternen Hindernissen erfasst und dem Fahrer angezeigt werden, etwa mithilfe einer optischen Anzeigeeinrichtung und/oder mithilfe eines Lautsprechers. Gegebenenfalls kann auch anhand von Messwerten der Ultraschallsensoren 3 eine Parklücke detektiert werden, und es kann eine Parkbahn berechnet werden, entlang welcher das Kraftfahrzeug 1 in die Parklücke automatisch oder halbautomatisch eingeparkt wird.An in 1 illustrated motor vehicle 1 According to one embodiment of the invention is a passenger car. The car 1 includes a driver assistance device 2 which is a parking aid in the embodiment. The driver assistance device 2 So is a driver assistance system that can support the driver of the motor vehicle 1 when parking in a parking space. This support may involve using ultrasound sensors 3 Distances between the motor vehicle 1 and vehicle-external obstacles detected and displayed to the driver, such as by means of a visual display device and / or using a speaker. Optionally, based on measured values of the ultrasonic sensors 3 a Parking space can be detected, and it can be calculated a Parkbahn, along which the motor vehicle 1 parked in the parking space automatically or semi-automatically.

Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 beinhaltet außer den Ultraschallsensoren 3 auch eine Steuereinrichtung 4, welche die Ultraschallsensoren 3 ansteuert. Die Steuereinrichtung 4 empfängt auch Messsignale der Ultraschallsensoren 3 und kann aus diesen Messsignalen die jeweiligen Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und den Hindernissen bestimmen.The driver assistance device 2 includes except the ultrasonic sensors 3 also a control device 4 which the ultrasonic sensors 3 controls. The control device 4 also receives measurement signals from the ultrasonic sensors 3 and can from these measurement signals the respective distances between the motor vehicle 1 and determine the obstacles.

Die Steuereinrichtung 4 kann beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen digitalen Signalprozessor beinhalten, wie auch einen Speicher.The control device 4 For example, it may include a microcontroller and / or a digital signal processor, as well as a memory.

Die Ultraschallsensoren 3 sind einerseits am vorderen Stoßfänger und andererseits am hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angebracht. Dabei sind die Ultraschallsensoren 3 in der Weise angeordnet, dass jeweilige Membranen (Schwingelemente) an den Stoßfänger angekoppelt sind, so dass das jeweilige Schallsignal über den Stoßfänger ausgesendet wird.The ultrasonic sensors 3 On the one hand on the front bumper and on the other hand on the rear bumper of the motor vehicle 1 appropriate. Here are the ultrasonic sensors 3 arranged in such a way that respective membranes (vibrating elements) are coupled to the bumper, so that the respective sound signal is emitted via the bumper.

Eine beispielhafte Anordnung eines einzelnen Ultraschallsensors 3 an einem Fahrzeugteil 5 – etwa dem Stoßfänger oder einer Platte – ist in 2 dargestellt. Der Ultraschallsensor 3 ist dabei an einer Innenseite 6 des Fahrzeugteils 5 angeordnet, so dass der Schall über das Fahrzeugteil 5 nach außen ausgesendet wird. Eine Membran 7 (Schwingelement) des Ultraschallsensors 3 ist über einen Kleber mit dem Fahrzeugteil 5 verbunden bzw. liegt über die Kleberschicht am Fahrzeugteil 5 an.An exemplary arrangement of a single ultrasonic sensor 3 on a vehicle part 5 - about the bumper or a plate - is in 2 shown. The ultrasonic sensor 3 is on an inside 6 of the vehicle part 5 arranged so that the sound is above the vehicle part 5 is sent out to the outside. A membrane 7 (Vibrating element) of the ultrasonic sensor 3 is about an adhesive to the vehicle part 5 connected or lies over the adhesive layer on the vehicle part 5 at.

Aufgrund der Verbindung der Membran 7 mit dem Fahrzeugteil 5 schwingt beim Ansteuern des Ultraschallsensors 3 nicht nur die Membran 7 alleine, sondern es entsteht eine schwingende Anordnung, welche einerseits die Membran 7 und andererseits auch den Kleber und einen Bereich des Fahrzeugteils 5 beinhaltet. Die Eigenfrequenz dieser Anordnung ist nicht immer gleich der Eigenfrequenz des alleinstehenden Ultraschallsensors 3 (ohne das Fahrzeugteil 5), sondern verschiebt sich je nach Umgebungstemperatur, Einbautoleranzen, Alterung sowie mechanischen Verformungen der Anordnung. Die genannten Parameter beeinflussen also die Frequenzeigenschaften der gesamten schwingenden Anordnung aus dem Ultraschallsensor 3, dem Fahrzeugteil 5, wie auch dem Kleber. Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, wie die jeweils optimale Sendefrequenz für die einzelnen Ultraschallsensoren 3 ermittelt werden kann. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich dabei auf einen einzelnen Ultraschallsensor 3; jedoch kann das Verfahren selbstverständlich auch auf alle Ultraschallsensoren 3 der Fahrerassistenzeinrichtung 2 einzeln angewandt werden.Due to the connection of the membrane 7 with the vehicle part 5 vibrates when driving the ultrasonic sensor 3 not just the membrane 7 alone, but it creates a vibrating arrangement, which on the one hand the membrane 7 and on the other hand also the adhesive and a portion of the vehicle part 5 includes. The natural frequency of this arrangement is not always equal to the natural frequency of the stand-alone ultrasonic sensor 3 (without the vehicle part 5 ), but shifts depending on the ambient temperature, installation tolerances, aging and mechanical deformation of the arrangement. The parameters mentioned thus influence the frequency characteristics of the entire oscillating arrangement from the ultrasonic sensor 3 , the vehicle part 5 as well as the glue. The following describes a method, such as the respective optimum transmission frequency for the individual ultrasonic sensors 3 can be determined. The following description refers to a single ultrasonic sensor 3 ; however, the method can of course also apply to all ultrasonic sensors 3 the driver assistance device 2 be applied individually.

Wie bereits ausgeführt, wird mit dem Ultraschallsensor 3 ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und einem Hindernis gemessen, dass sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Um diesen Abstand zu messen, wird die Membran 7 mit einem Anregungssignal angeregt, welches in der Regel als Spannungssignal an einem Piezoelement zum Anregen der Membran 7 angelegt wird. Dieses Anregungssignal soll dabei mit der Eigenfrequenz der schwingenden Anordnung erzeugt werden. Diese Eigenfrequenz wird auf die nachfolgend näher beschriebene Art und Weise bestimmt:
Vor dem Erzeugen des eigentlichen Anregungssignals wird die Membran 7 mit einem kurzen und breitbandigen Prüfsignal angeregt, welches als Spannungssignal an dem Piezoelement angelegt wird. Das Prüfsignal wird in Form einer einzigen Sinushalbwelle erzeugt, nämlich mit einer Frequenz von beispielsweise 51,2 kHz. Es wird dann ein Antwortsignal (ebenfalls elektrische Spannung) erfasst, welches aufgrund des Prüfsignals an dem Piezoelement induziert wird und somit die Schwingung der gesamten Anordnung aufgrund der Anregung mit dem Prüfsignal beschreibt bzw. charakterisiert.As already stated, with the ultrasonic sensor 3 a distance between the motor vehicle 1 and measured an obstacle that is in the environment of the motor vehicle 1 located. To measure this distance, the membrane becomes 7 excited with an excitation signal, which is usually a voltage signal to a piezoelectric element for exciting the membrane 7 is created. This excitation signal is intended to be generated with the natural frequency of the oscillating arrangement. This natural frequency is determined in the manner described in more detail below:
Before generating the actual excitation signal, the membrane 7 excited with a short and broadband test signal, which is applied as a voltage signal to the piezoelectric element. The test signal is generated in the form of a single half-sine wave, namely with a frequency of 51.2 kHz, for example. It is then a response signal (also electrical voltage) is detected, which is induced due to the test signal to the piezoelectric element and thus describes or characterizes the vibration of the entire arrangement due to the excitation with the test signal.

Ein beispielhaftes Prüfsignal UP sowie ein beispielhaftes Antwortsignal UA sind in 3 dargestellt. Auf der x-Achse ist dabei die Zeit t in Millisekunden aufgetragen. Das Prüfsignal UP wird zum Zeitpunkt 0 ms angelegt und dauert bis zum Zeitpunkt 0,01 ms. Wie aus 3 hervorgeht, besitzt das Prüfsignal UP die Form einer einzigen Sinushalbwelle. Das Prüfsignal UP endet also zum Zeitpunkt 0,01 ms. Als Systemantwort wird das Antwortsignal UA erfasst, welches ebenfalls zum Zeitpunkt 0 beginnt, jedoch insgesamt eine längere Zeitdauer besitzt (etwa bis 0,1 ms). Das Antwortsignal UA besitzt somit einerseits einen Signalanteil 8, welcher dem Prüfsignal UP entspricht, und andererseits auch einen Ausschwinganteil 9, welcher zum Zeitpunkt 0,01 ms beginnt und somit nach dem Prüfsignal UP folgt bzw. erfasst wird. Der Ausschwinganteil 9 schließt sich also zeitlich unmittelbar an das Prüfsignal UP an. Das Antwortsignal UA – und insbesondere sein Ausschwinganteil 9 – stellt im Prinzip eine Impulsantwort der schwingenden Anordnung dar.An exemplary test signal UP and an exemplary response signal UA are in 3 shown. The time t is plotted in milliseconds on the x-axis. The test signal UP is applied at the time 0 ms and lasts until the time 0.01 ms. How out 3 shows, the test signal UP has the form of a single sine half-wave. The test signal UP ends at the time of 0.01 ms. As a system response, the response signal UA is detected, which also begins at time 0, but has a total of a longer period of time (about 0.1 ms). The response signal UA thus has on the one hand a signal component 8th , which corresponds to the test signal UP, and on the other hand, a Ausschwinganteil 9 which starts at the time of 0.01 ms and thus follows or is detected after the test signal UP. The swing-out portion 9 thus adjoins in time directly to the test signal UP. The response signal UA - and in particular its Ausschwinganteil 9 Represents in principle an impulse response of the oscillating arrangement.

Das Antwortsignal UA wird im Frequenzbereich analysiert, und in Abhängigkeit vom Frequenzspektrum des Antwortsignals UA wird die Eigenfrequenz der Anordnung und somit die Frequenz für das Anregungssignal bestimmt. Der Fourier-Transformation wird jedoch nicht das gesamte Antwortsignal UA unterzogen, sondern ausschließlich der Ausschwinganteil 9 des Antwortsignals UA. In 4 ist dabei ein Frequenzspektrum FA des gesamten Antwortsignals UA einschließlich des ersten Signalanteils 8 bzw. einschließlich der Sinushalbwelle dargestellt. Auf der x-Achse ist die Frequenz f aufgetragen. Wie aus 4 hervorgeht, besitzt das gesamte Antwortsignal UA ein relativ breites und flaches Frequenzspektrum. Es ist schwierig, die Eigenfrequenz der Anordnung anhand dieses in 4 dargestellten Frequenzspektrums zu bestimmen.The response signal UA is analyzed in the frequency domain, and depending on the frequency spectrum of the response signal UA, the natural frequency of the arrangement and thus the frequency for the excitation signal is determined. However, the Fourier transformation is not subjected to the entire response signal UA, but exclusively the decay component 9 the response signal UA. In 4 is a frequency spectrum FA of the entire response signal UA including the first signal component 8th respectively. including the sine half-wave. The frequency f is plotted on the x-axis. How out 4 shows, the entire response signal UA has a relatively wide and flat frequency spectrum. It is difficult to determine the natural frequency of the arrangement by means of this in 4 to determine the frequency spectrum shown.

Deshalb wird ein Zeitfenster über den Ausschwinganteil 9 gelegt, so dass der Signalanteil 8 „weggeschnitten” wird. Ein beispielhaftes Zeitfenster 10 ist in 5 dargestellt, wobei hier der Ausschwinganteil 9 vergrößert dargestellt ist. Es wird im Ausführungsbeispiel ein rechteckförmiges Zeitfenster 10 verwendet, es sind jedoch auch andere Formen denkbar. Wie aus 5 hervorgeht, besitzt der Ausschwinganteil 9 des Antwortsignals UA einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf. Der Ausschwinganteil 9 wird nun der Fourier-Transformation, insbesondere der FFT, unterzogen, und es wird das Frequenzspektrum des Ausschwinganteils 9 analysiert.Therefore, a time window on the Ausschwinganteil 9 placed so that the signal component 8th "Cut away" is. An exemplary time window 10 is in 5 shown here, where the swing-out 9 is shown enlarged. It is a rectangular time window in the embodiment 10 used, but other forms are conceivable. How out 5 shows, has the Ausschwinganteil 9 the response signal UA a substantially sinusoidal course. The swing-out portion 9 is now the Fourier transform, in particular the FFT, subjected, and it is the frequency spectrum of the Ausschwinganteils 9 analyzed.

Ein Frequenzspektrum FA' des zeitlichen Ausschwinganteils 9 ist in 6 dargestellt. Es wird nun ein Frequenzwert fmax ermittelt, bei welchem das Frequenzspektrum FA' eine maximale Amplitude besitzt bzw. bei welchem die Amplitude ein Maximum 11 aufweist. Gegebenenfalls kann das Maximum 11 mit einer Genauigkeit von +/–3 dB bestimmt werden. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Frequenzwert fmax der größten Amplitude etwa 43,25 kHz. Der Ultraschallsensor 3 wird nun bei diesem Frequenzwert fmax betrieben bzw. das Anregungssignal wird mit dem Frequenzwert fmax erzeugt.A frequency spectrum FA 'of the temporal decay component 9 is in 6 shown. A frequency value f max is now determined in which the frequency spectrum FA 'has a maximum amplitude or in which the amplitude is a maximum 11 having. Optionally, the maximum 11 be determined with an accuracy of +/- 3 dB. In the exemplary embodiment, the frequency value f max of the largest amplitude is approximately 43.25 kHz. The ultrasonic sensor 3 is now operated at this frequency value f max or the excitation signal is generated with the frequency value f max .

In 7 ist das Frequenzspektrum FA' gemäß 6 gegenübergestellt der Eigenfrequenz bzw. einem Frequenzwert der maximalen Amplitude bei einem freistehenden Ultraschallsensor 3. Während die Eigenfrequenz der Anordnung gemäß 2 etwa 43,2 kHz beträgt, liegt die Eigenfrequenz eines freistehenden Ultraschallsensors 3 bei etwa 51,2 kHz. Würde nun das Anregungssignal mit einer Frequenz von 51,2 kHz erzeugt, so wäre die Schwingungsamplitude deutlich geringer als bei 43,2 kHz, wie in 7 dargestellt, und der Ultraschallsensor 3 würde nur eine geringe Reichweite besitzen.In 7 is the frequency spectrum FA 'according to 6 compared to the natural frequency or a frequency value of the maximum amplitude in a free-standing ultrasonic sensor 3 , While the natural frequency of the arrangement according to 2 is about 43.2 kHz, is the natural frequency of a free-standing ultrasonic sensor 3 at about 51.2 kHz. If the excitation signal were generated at a frequency of 51.2 kHz, the oscillation amplitude would be significantly lower than at 43.2 kHz, as in FIG 7 shown, and the ultrasonic sensor 3 would have only a small range.

Statt den Ausschwinganteil 9 der Fourier-Transformation zu unterziehen, können in dem Ausschwinganteil 9 auch die Zeitpunkte der Nulldurchgänge ermittelt werden. Dann kann anhand dieser Zeitpunkte eine Periodendauer T des Ausschwinganteils bestimmt werden. Der gesuchte Frequenzwert für das Anregungssignal kann dann als Kehrwert der Periodendauer T festgelegt werden: fmax = 1/T.Instead of the swing-out portion 9 to undergo the Fourier transform, may be in the decay portion 9 also the times of the zero crossings are determined. Then, based on these times, a period T of the decay component can be determined. The sought frequency value for the excitation signal can then be set as the reciprocal of the period T: f max = 1 / T.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7607352 B2 [0005] US 7607352 B2 [0005]

Claims (11)

Verfahren zum Festlegen einer Frequenz (fmax) für ein Anregungssignal, mit welchem ein Schwingelement (7) eines Ultraschallsensors (3) eines Kraftfahrzeugs (1) zum Aussenden eines Sendeschalls zum Messen eines Abstands angeregt wird, gekennzeichnet durch – Anregen des Schwingelements (7) mit einem Prüfsignal (UP) und Erfassen eines Antwortsignals (UA), welches eine Schwingung des Schwingelements (7) aufgrund der Anregung mit dem Prüfsignal (UP) charakterisiert und – Festlegen der Frequenz (fmax) für das Anregungssignal anhand des Antwortsignals (UA).Method for determining a frequency (f max ) for an excitation signal with which a vibrating element ( 7 ) of an ultrasonic sensor ( 3 ) of a motor vehicle ( 1 ) is excited for emitting a transmission sound for measuring a distance, characterized by - exciting the vibrating element ( 7 ) with a test signal (UP) and detecting a response signal (UA), which is a vibration of the vibrating element (UP) ( 7 ) is characterized on the basis of the excitation with the test signal (UP) and - determining the frequency (f max ) for the excitation signal on the basis of the response signal (UA). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (fmax) für das Anregungssignal anhand eines Frequenzspektrums (FA') des Antwortsignals (UA) festgelegt wird.A method according to claim 1, characterized in that the frequency (f max ) for the excitation signal based on a frequency spectrum (FA ') of the response signal (UA) is set. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal (UA) einer Fourier-Transformation, insbesondere einer Fast-Fourier-Transformation, unterzogen wird.Method according to Claim 2, characterized in that the response signal (UA) is subjected to a Fourier transformation, in particular a fast Fourier transformation. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Frequenzspektrum (FA') des Antwortsignals (UA) ein Frequenzwert (fmax) ermittelt wird, bei welchem das Antwortsignal (UA) eine maximale Amplitude aufweist, und dieser Frequenzwert (fmax) für das Anregungssignal verwendet wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that in the frequency spectrum (FA ') of the response signal (UA) a frequency value (f max ) is determined, in which the response signal (UA) has a maximum amplitude, and this frequency value (f max ) is used for the excitation signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzspektrum (FA') ausschließlich aus einem Ausschwinganteil (9) des Antwortsignals (UA) erzeugt wird, welcher zeitlich nach dem Prüfsignal (UP) folgt.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the frequency spectrum (FA ') exclusively from a Ausschwinganteil ( 9 ) of the response signal (UA), which follows in time after the test signal (UP). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal (UP) mit einer gegenüber dem Anregungssignal größeren Frequenzbandbreite erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the test signal (UP) is generated with a relation to the excitation signal larger frequency bandwidth. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfsignal (UP) ein Sinussignal mit einer solchen Anzahl von Sinushalbwellen erzeugt wird, welche kleiner als 10, insbesondere kleiner als 4 ist, bevorzugt 1 beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sinusoidal signal having a number of sinusoidal half-waves is generated as the test signal (UP) which is less than 10, in particular less than 4, preferably 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz des Prüfsignals (UP) in einem Wertebereich von 40 kHz bis 70 kHz, insbesondere in einem Wertebereich von 50 kHz bis 53 kHz, liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a frequency of the test signal (UP) is in a value range of 40 kHz to 70 kHz, in particular in a value range of 50 kHz to 53 kHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer des Prüfsignals (UP) geringer als 40 μs, insbesondere geringer als 20 μs, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a time duration of the test signal (UP) is less than 40 μs, in particular less than 20 μs. Fahrerassistenzeinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Ultraschallsensor (3), welcher ein Schwingelement (7) zum Aussenden eines Sendeschalls aufweist, und mit einer Steuereinrichtung (4) zum Anregen des Schwingelements (7) mit einem Anregungssignal, um das Sendeschall zum Messen eines Abstands auszusenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu ausgelegt ist, das Schwingelement (7) mit einem Prüfsignal (UP) anzuregen, ein eine Schwingung des Schwingelements (7) charakterisierendes Antwortsignal (UA) zu erfassen und eine Frequenz (fmax) für das Anregungssignal anhand des Antwortsignals (UA) festzulegen.Driver assistance device ( 2 ) for a motor vehicle ( 1 ), with an ultrasonic sensor ( 3 ), which a vibrating element ( 7 ) for transmitting a transmission sound, and with a control device ( 4 ) for exciting the vibrating element ( 7 ) with an excitation signal for emitting the transmission sound for measuring a distance, characterized in that the control device ( 4 ) is adapted to the vibrating element ( 7 ) with a test signal (UP) to stimulate a vibration of the vibrating element ( 7 ) characterizing the response signal (UA) and to determine a frequency (f max ) for the excitation signal based on the response signal (UA). Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach Anspruch 10.Motor vehicle ( 1 ) with a driver assistance device ( 2 ) according to claim 10.
DE102011016946A 2011-04-13 2011-04-13 Method for determining frequency of excitation signal of ultrasonic sensor to measure distance between passenger car and vehicle-external object, involves defining frequency of excitation signal based on frequency spectrum of reply signal Withdrawn DE102011016946A1 (en)

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