DE102012201920A1

DE102012201920A1 - Verfahren und Messsystem zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE102012201920A1
Application number: DE102012201920A
Authority: DE
Inventors: Martin Reiche
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-14
Also published as: WO2013117439A1

Abstract

Er werden ein Verfahren und ein dazugehöriges Messsystem (100) zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall offenbart, wobei Ultraschallpulse mittels eines resonanten Wandlerelements (101, 212) ausgesendet werden und von den Objekten reflektierte Echopulse empfangen werden und die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels eines Empfangsverstärkers (106) verstärkt werden. Ferner wird ermittelt, ob bei einem Empfang der Empfangssignale eine Übersteuerung in dem den Empfangsverstärker (106) umfassenden Empfangspfad (105) vorliegt. Die Sendesignalstärke zum Aussenden mindestens eines Ultraschallpulses wird automatisch um einen vorbestimmten Faktor reduziert, falls eine Übersteuerung vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren sowie ein Messsystem zur verbesserten Nahmessfähigkeit durch einen umschaltbaren Sendepegel für einen Ultraschallsensor. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall, bei dem Ultraschallpulse mittels eines resonanten Wandlerelements ausgesendet werden und von den Objekten reflektierte Echopulse empfangen werden, wobei die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels eines Empfangsverstärkers verstärkt werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein dazugehöriges Messsystem, das einen Ultraschallsensor mit einem resonanten Wanderelement, eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern des resonanten Wandlerelements, und einen Empfangsverstärker aufweist und die dazu eingerichtet ist, Ultraschallpulse mittels des Ultraschallsensors auszusenden und von den Objekten reflektierte Echopulse zu detektieren, indem die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels des Empfangsverstärkers verstärkt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem, dass das erfindungsgemäße Messsystem aufweist.
Stand der Technik
Zur akustischen Umfelderfassung von Fahrzeugen werden heute üblicherweise Systeme im Ultraschallbereich, insbesondere pulsweise messende Systeme, verwendet. Dabei werden typischerweise alle 10 bis 300 ms über einen Elektro-Akustik-Wandler akustische Pulse bei beispielsweise um die 48 bis 50 kHz ausgesendet. Üblicherweise wird dazu bei einem Ultraschallsensor ein Akustik-Wandler, der eine mit einer Piezokeramikscheibe verbundene Membran aufweist, mittels elektrischer Impulse in Schwingung versetzt. Diese Schwingung dient der Schall-Abstrahlung. Aus der Laufzeit der von den sendenden und insbesondere auch von den nicht sendenden Wandlern empfangenen und an den Objekten der Umgebung reflektierten akustischen Pulse wird auf die Objektabstände im Raum geschlussfolgert.
Um den Sender auch gleichzeitig als Empfänger verwenden zu können, muss im Anschluss an die Schall-Abstrahlung der Wandler möglichst schnell wieder zur Ruhe kommen. Dies passiert im allgemeinen passiv, d.h. es gibt keine aktive Bedämpfung durch z.B. phaseninvertierte Anregung in Bezug zur Sende-Anregung. Der an einem Objekt reflektierte Schall trifft dann auf den stehenden Wandler und versetzt diesen erneut in Schwingung. Die Spannungspegel an der Piezokeramik können im Sendebetrieb bis zu 100V betragen. Die Spannungspegel am Wandler im Empfangsbetrieb liegen deutlich unterhalb 1mV. Mit der Zeitkonstante des an eine elektrische Schaltung angepassten Wandlers in der Größenordnung von 40–50µs muss also ein Ausschwingen von ca. 10 Zeitkonstanten abgewartet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein sehr nahes Objekt detektiert wird, sodass nur eine sehr kurze Echopulslaufzeit vorliegt.
Zur Lösung dieses Problems ist vorgeschlagen worden, im funktionalen Betrieb die Dauer der Sendeanregung von typischerweise 300μs für Messungen sehr naher Objekte zu verkürzen, beispielsweise auf 200μs.
Nachteilig daran ist jedoch, dass bei einer verkürzten Anregung die vorhandene akustische Bandbreite des angepassten Ultraschallwandlers überschritten wird, wodurch die Höhe des Schallpegels des entstehenden Schallburstes nur schlecht reproduzierbar ist. So erfolgt bei einer verkürzten Sendeanregung ein Einpegeln des Sendebursts auf beispielsweise nur ca. 70% des CW-Wertes, im Vergleich zu 95% bei normaler, d.h. 300μs Anregung. Ferner ist das vorgeschlagene Verfahren mit verkürzter Sendedauer auch nicht hinreichend stabil über die Temperatur, da sich die Übertragungsfunktion des angepassten Ultraschallwandlers über die Temperatur verschiebt und verbiegt. Es erhöht sich die Signaldispersion beim Überschreiten der akustischen Bandbreite, was mit einer Verbreiterung der Echobursts einhergeht.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird ein in der Verstärkung umschaltbarer Verstärker im Empfangspfad verwendet, um die ausnutzbare Signal-Dynamik des Empfangspfades für weit entfernte oder kleine Objekte aufzuweiten. Typischerweise ist der erste rauscharme Verstärker der Empfangskette mit fixer Verstärkung ausgeführt. Jedoch kann hierbei auch nicht das Problem vermieden werden, dass die Eingangssignale in der Empfangskette die Festverstärker, die in der Empfangskette vor der umschaltbaren Verstärkung positioniert sind, beim Ausschwingvorgang in die Sättigung treiben.
Ferner sind Ultraschallsensoren bekannt, deren Sendepegel am Ende der Produktionslinie abgeglichen werden, um physikalisch schwankende akustische Eigenschaften des gefertigten Ultraschallwandlers auszugleichen und bei Raumtemperatur quasi Gleichteile bezüglich des Schalldrucks und der Mikrofonempfindlichkeit zu erhalten. Dieser Abgleich erfolgt aber nur „end of line“, d.h. es erfolgt keine Anpassung des Sendepegels während der Messung im Feld in normaler Funktion.
Aus der DE 3405915 A1 ist eine Schaltungsanordnung für einen Ultraschall-Entfernungsmesser bekannt, bei der die Sendeleistung eine Senders entsprechend der Entfernung eines zu detektierenden Objektes eingestellt wird.
Ferner wird in der DE 4314247 A1 eine Schaltungsanordnung zur Dämpfung eines Ultraschallwandlers beschrieben, bei dem der zeitliche Verlauf einer Amplitude einer Ansteuerungsspannung zur Abstrahlung eines Sendesignals gemäß einer abklingenden Hüllkurve gesteuert wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und ein Messsystem zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall sowie ein Fahrerassistenzsystem gemäß den unabhängigen Patentansprüchen geschaffen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden periodisch Ultraschallpulse mittels eines resonanten Wandlerelements ausgesendet und reflektierte Echopulse empfangen, wobei die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels eines Empfangsverstärkers verstärkt werden. Es wird ermittelt, ob bei einem Empfang der Empfangssignale eine Übersteuerung in dem den Empfangsverstärker umfassenden Empfangspfad vorliegt. Falls als Ergebnis dieser Ermittlung festgestellt wird, dass eine Übersteuerung vorliegt, so wird die Sendesignalstärke zum Aussenden mindestens eines Ultraschallpulses automatisch um einen vorbestimmten Faktor reduziert.
Das erfindungsgemäße Messsystem zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall weist einen Ultraschallsensor mit einem resonanten Wandlerelement, eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern des resonanten Wandlerelements, und einen Empfangsverstärker auf und ist dazu eingerichtet, Ultraschallpulse mittels des Ultraschallsensors auszusenden und von den Objekten reflektierte Echopulse zu detektieren, indem die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels des Empfangsverstärkers verstärkt werden. Das Messsystem weist eine Übersteuerungsdetektion zum Beurteilen, ob eine Übersteuerung in dem den Empfangsverstärker umfassenden Empfangspfad vorliegt, auf. Ferner weist das Messsystem Mittel auf zum automatischen Reduzieren der Sendesignalstärke um einen vorbestimmten Faktor, falls eine Übersteuerung vorliegt.
Vorteilhaft ist an der Erfindung unter anderem, dass durch den abgesenkten Sendepegel die Ausschwingzeit bzw. Anzahl der Zeitkonstanten reduziert wird, die bis zum möglichen Empfangsbetrieb nach Sendeanregung vergeht. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Nahmessfähigkeit.
Vorteilhaft ist an der Erfindung unter anderem, dass durch den abgesenkten Sendepegel nichtlineare Betriebseigenschaften des Wandlers vermieden werden, die bei Ansteuerung des Wandlers mit großen Pegeln auftreten. Dieses nichtlineare Gross-Signalverhalten verschlechtert im allgemeinen das Aussschwingverhalten z.B. durch superponierende Schwingungsmoden.
Vorteilhaft an der Erfindung ist unter anderem, dass eine automatische Nahbereichsumschaltung erfolgen kann, ohne zunächst die Echolaufzeit bestimmen zu müssen. So ist die Erfindung auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn aufgrund einer Übersteuerung zunächst gar keine Echolaufzeit berechnet werden kann, weil der Echopuls nicht eindeutig charakterisiert werden kann. Erfindungsgemäß kann der Sendeschalldruck reduziert werden, so dass spätestens für den nächsten Echozyklus messfähige Bedingungen vorliegen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der vorliegenden Beschreibung.
Der Ultraschallsensor kann in einem Bewegungshilfsmittel, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug verbaut sein, um innerhalb eines Fahrerassistenzsystems dem Fahrer Hinweise in Form von Warnsignalen über ein Hindernis zu geben. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrerassistenzsystem selbstständig in die Fahrzeugdynamik eingreifen, beispielsweise die Lenkung während eines Einparkvorgangs beeinflussen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Ermittlung, ob eine Übersteuerung vorliegt, ermittelt, ob ein vorgegebener maximaler Signalstärkenschwellenwert für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer überschritten wird.
Ferner kann erfindungsgemäß die Sendesignalstärke reduziert werden, indem ein in einem induktiven Übertrager einer Ansteuerungsschaltung des Wanderelements fließender Sendestrom mittels eines Regelkreises um den vorbestimmten Faktor reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Sendesignalstärke automatisch wieder auf den ursprünglichen Wert angehoben, wenn eine detektierte Echolaufzeit länger ist als eine zweite vorbestimmte Mindestzeitdauer und/oder wenn bei Detektion eines Echopulses die entsprechende Amplitude der verstärkten Empfangssignale kleiner ist als ein vorgegebener minimaler Signalstärkenschwellenwert.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Wandler, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden. Stattdessen kann die Erfindung auch vorteilhaft bei einem Messsystem verwendet werden, bei dem zum Empfangen der Empfangssignale ein zweites, zu dem zum Aussenden der Ultraschallpulse verwendeten Wandlerelement unterschiedliches Wanderelement verwendet wird. Die Übersteuerungsdetektion kann eine Signalauswertungseinheit, die einen Komparator aufweist, umfassen.
Nach einer Ausführungsform weist das Messsystem einen Regelkreis auf, der dazu eingerichtet ist, einen Sendestrom in einem induktiven Übertrager zum Ansteuern des Ultraschallsensors zu regeln. Gemäß einer Variante dieser Ausführungsform wird die Sollvorgabe des Sendestroms im Falle der empfangsseitigen Übersteuerung um einen definierten Faktor reduziert.
Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Messsystems 100 zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Schaltskizze einer Treiberendstufe eines Ultraschallsensors, die mit einer Steuer- und Signalauswerteeinheit gekoppelt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
3 eine beispielhafte Schaltskizze der erfindungsgemäßen Steuer- und Signalauswerteeinheit aus 2, gemäß einer dritten Ausführungsform der der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Blockschaltbild eines Messsystems 100 zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Messsystem 100 ist als Ultraschallsensor mit einem resonanten Wandlerelement 101 ausgebildet, das an die Treiberstufe 102 angeschlossen ist, welche von der Ansteuerungsschaltung 103 angesteuert wird, so dass mittels des Wanderelements 101 periodisch Ultraschallpulse ausgesendet werden können. Dabei wird die Treiberstufe 102 derart angesteuert, dass der Ultraschallsensor die Ultraschallpulse mit einem vorbestimmten Sendeschalldruck aussendet, der hinreichend stark ist, Objekte in der Umgebung in einer Entfernung von beispielsweise einigen Metern oder weniger zu detektieren. Die ausgesendeten Ultraschallpulse werden an den zu detektierenden Objekten reflektiert und mittels des Ultraschallsensors als Echopulse empfangen. Die wegen den Echopulsen erfassten Empfangssignale werden über den Empfangspfad 105 am Ultraschallsensor 101 abgegriffen und der Signalauswertung 108 zugeführt, so dass durch Bewerten der Echolaufzeit zwischen dem ausgesendeten und empfangenen Ultraschallpuls eine Entfernung zu dem detektierten Objekt berechnet werden kann. Der Sendeschalldruck kann insbesondere mittels eines Regelkreises 109 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Um ein Erkennen eines Objekts nahe am Sensor, beispielsweise in einer radialen Entfernung näher als 0,5 m, zu ermöglichen, d.h. es korrekt zu detektieren, muss gegebenenfalls der Sendeschalldruck zurückgenommen werden. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass das resonante Wandlerelement 101 nach einer Anregung durch die Treiberstufe 102 noch eine gewisse Zeit nachschwingt, bis es durch geeignete Dämpfung derart abgeklungen oder zum Stillstand gekommen ist, dass das System wieder zum messfähig ist Empfangen von Echopulsen.
Das Messsystem 100 weist eine Übersteuerungsdetektion 107 auf, mittels der der Empfangspfad 105 dahingehend überwacht wird, ob eine Übersteuerung vorliegt oder ob die Eingangsdynamik des Empfangspfades überfordert wird. Wird bei der Überwachung des Empfangspfades beurteilt, dass ein Übersteuerungskriterium erfüllt ist, so erfolgt eine automatische Umschaltung durch das Messsystem 100 auf einen geringeren Sendeschalldruck. Dabei wird der Sendeschalldruck um einen vorbestimmten Faktor verringert, beispielsweise um den Faktor 10. Dazu weist die Ansteuerungsschaltung 103 erfindungsgemäß Mittel 104 auf, bei deren Betätigung die Umschaltung des Sendeschalldrucks um den vorbestimmten Faktor erfolgt. Beispielsweise geschieht dies durch Umschaltung auf einen geringeren Spannungspegel der Sollvorgabe einer Sendestromregelung innerhalb der Ansteuerung. Bei einer Variante der Ausführungsform nach 1 kann beispielsweise in der Treiberstufe 102 ein geringerer Sendestrom während der Anregung des Wandlerelements 101 eingestellt werden.
Damit sinkt äquivalent auch die Spannung über dem Wandler während der Anregung und im Ausschwingvorgang. Somit ist auch der Zustand früher nach Anregung erreicht, an dem der Ausschwingspannungspegel die Eingangsverstärker nicht mehr in Sättigung treibt und das System messfähig wird. Damit verkürzt sich gleichermaßen die Nahmessfähigkeit.
Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass die Zeitkonstante der exponentiellen Abnahme des Spannungspegels beim Ausschwingen 50μs beträgt, reduziert sich die Zeitmarke vom Start der Sendeanregung bis zum Ausstieg aus der Sättigung im Empfangspfad bei Umschaltung des Sendepegels um Faktor 10 um ca. 115μs. Die Nahmessfähigkeit verbessert sich damit um ca. 2cm. Je nach Ausführungsform der Erfindung wird ein Wandler mit einer verhältnismäßig längeren oder mit einer kürzeren Zeitkonstante gewählt, oder der vorbestimmte Faktor wird höher oder niedriger gewählt. So kann der Faktor, um den der Sendeschalldruck temporär reduziert wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sogar 50 oder 100 betragen. Bei noch einer andern Ausführungsform hat der Faktor jedoch einen kleineren als den oben genannten beispielhaften Wert.
Erfindungsgemäß wird somit eine Abfrage in der Ablaufsteuerung eines Ultraschallsensors implementiert, mit der ermittelt wird, ob oder ob nicht aufgrund eines Echopulses eines nahes Objektes der Empfangspfad übersteuert wird, und es wird die Ausgabe einer verringerten Sendesteuerspannung, beispielsweise über dem Regelkreis veranlasst. Die Mittel 104 in der Ansteuerungsschaltung können beispielsweise einen zuschaltbarer Teiler, der in dem Regelkreis 109 eingebracht ist, aufweisen. Obgleich die Mittel 104 gemäß 1 exemplarisch in der Ansteuerungsschaltung 103 angeordnet sind, gibt es Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Mittel direkt vor dem Wandlerelement oder in der Treiberendstufe angeordnet sind.
2 zeigt eine Schaltskizze einer Treiberendstufe 211 eines Ultraschallsensors, die mit einer Steuer- und Signalauswerteeinheit 201 gekoppelt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Treiberstufe 211 weist zwei Transistoren, hier: pnp-Transistoren 208, 209 auf, welche die Primärwicklung des Übertragers 207 im Gegentaktmodus (Englisch: „push-pull mode“) ansteuern, um den Sendestrom des Ultraschallsensors zu erzeugen. Die Sekundärspule des Übertragers 207 ist mit dem resonanten Wandlerelement 212 verbunden. Die Treiberstufe ist an die Steuer- und Signalauswerteeinheit 201 angeschlossen und wird von dieser versorgt. Gemäß der Ausführungsform ist die Steuer- und Signalauswerteeinheit 201 als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet. Die Emitteranschlüsse der Transistoren 208, 209 sind jeweils mit dem unregulierten Spannungsquellenanschluss 202 gekoppelt. Zur Überwachung des Sendestromes und des Stromes durch die Primärwicklung des Übertragers 207 ist ein Shunt-Widerstand 206 von beispielsweise 0,5 Ω zwischen dem mittleren Anschluss des Übertragers und Masse geschaltet, wodurch der Primärstrom in eine Messspannung U_mess umgewandelt wird. Die Messspannung U_mess wird dem Messanschluss 205 der Steuerungs- und Signalauswerteeinheit 201 zugeführt, um in einem dortigen Regelkreis den Sendestrom bzw. die Spannung U_mess als Regelgröße auf einen gewünschten, vorgegebenen Wert einzuregeln. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Übertragerstrom beispielsweise im Bereich bis maximal 500 mA regelbar sein. Die Variationen der am Anschluss 202 anliegenden externen Spannungsversorgung U_B und des internen Widerstandes des Übertragers können durch eine interne Proportionalregelung der Steuer- und Signalauswerteeinheit 201 kompensiert werden, solange kein Sättigungswert erreicht wird. Die Basisanschlüsse der Transistoren 208, 209 sind mit Ausgängen 203, 204 der Steuer- und Signalauswerteeinheit gekoppelt. Ein Ausgang des resonanten Wandlerelements 209 ist über den Empfangseingang 213 mit der Empfängereinheit 210 der Steuer- und Signalauswerteeinheit 201 gekoppelt.
In 3 ist eine beispielhafte Schaltskizze der erfindungsgemäßen Steuer- und Signalauswerteeinheit 300 gezeigt, die mit der Treiberendstufe aus 2 gekoppelt sein kann, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Steuer- und Signalauswerteeinheit 300 weist CMOS-Schalter 303, 305 auf, mit denen die Transistoren 209, 208 der Treiberstufe 211 angesteuert werden können. Die erfindungsgemäße Schaltung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante eine programmierbare Stromquelle aufweisen. Die Eingänge der CMOS 303, 305 sind über einen Inverter 303 miteinander verbunden und werden über den Eingang 310 mit einer Ansteuerungsfrequenz von beispielsweise 48 kHz angesteuert. Die Spannung U_mess der Treiberstufe 211 wird mittels eine Komparators 302 mit einer an 311 anliegenden Referenzspannung U_ref verglichen und über eine Regelschleife der Signalauswertung 312 zugeführt, die nach einer bevorzugten Ausführungsvariante auch die Empfängereinheit 210 aus 2 und/oder die Übersteuerungsdetektion 107 aus 1 aufweisen kann. Die Steuer- und Signalauswerteeinheit 300 weist außerdem einen dritten CMOS 308 auf, der über den Ausgang des Komparators 302 angesteuert wird und mit seinem Kollektoranschluss mit den Emitteranschlüssen der CMOS-Schalter 306, 307 verbunden ist. Der Emitteranschluss des CMOS 308 ist über den Widerstand 309 an Masse angeschlossen. Die Kollektoranschlüsse der CMOS-Schalter sind ferner über Widerstände 304, 305 mit einem Anschluss 313 (VSE) gekoppelt. Außerdem sind über die Eingänge 203, 204 und die Widerstände 304, 305 ebenfalls mit 313 (VSE) gekoppelt.
Somit kann mittels einer geschlossenen Regelschleife, welche die zum Sendestrom proportionale Spannung U_mess als Regelgröße verwendet, der Sendestrom eingeregelt werden. Dazu wird unter anderem der Basisstrom der Ansteuerungstransistoren 208, 209 gesteuert.
Die Eingangsspannung des Stromreglers kann beispielsweise durch einen internen 7 Bit DAC (nicht dargestellt) eingestellt werden. Falls die Feedback-Spannung U_mess unter eine Zielspannung am Komparatoreingang 311 fällt, wird ein höherer Strom durch die Basisanschlüsse der pnp-Transistoren 208, 209 veranlasst. Falls der Feedback-Strom bzw. der Wicklungsstrom einen Spannungsabfall U_mess über den gewünschten Zielwert erzeugt, wird der Strom durch die Basisanschlüsse der pnp-Transistoren 208, 209 reduziert, bis ein durchschnittlicher Treiberstrom von U_ref/R erreicht wird, wobei R der Widerstandswert des Shunt-Widerstands 206 ist. In einer praktischen Implementierung kann die Stromregelung beispielsweise über 3 PROM Bits gesteuert werden. So kann mit einem Shuntwiderstandswert von 0.5 Ω die Treiberschaltung in 7 Stufen zwischen 200 mA und 500 mA in 7 Stufen eingestellt werden. Erfindungsgemäß wird aber eine Abstufung gewählt, die eine Verringerung des Stromes um den oben genannten erfindungsgemäßen vorbestimmten Faktor zulässt.
Die Signalauswertung 312 überwacht die Signale des Komparators und den Schwellenwert, der durch die Referenzspannung U_ref gegeben ist. Nach einer Variante des Ausführungsbeispiels wird die Referenzspannung U_ref mit einem einen DAC aufweisenden Referenzspannungsgenerator (nicht dargestellt) erzeugt. Falls die Signalauswertung 312 beispielsweise feststellt, dass eine größtmögliche Schwelle des Komparators im Empfangspfad für eine Mindestzeit überschritten wird, so wird nach der Ausführungsform gemäß 3 erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass ein aktuell zu detektierendes Objekt und der daraus resultierende Echopuls und die erzeugten Empfangssignale die Eingangsdynamik des Empfangspfades überfordert bzw. den Eingangsverstärkerpfad übersteuert. In einer praktischen Ausführung der Erfindung kann die größtmögliche Schwelle beispielsweise einen Wert von ca. 1V in einem 3.3V System haben, und die Mindestzeit kann durch eine PWD von 250μs gegeben sein. Unter diesen Bedingungen wird die Umschaltung auf kleinen Sendepegel ausgelöst. Gemäß anderen Varianten und Ausführungsformen werden jeweils kleinere oder größere Werte gewählt, was insbesondere durch eine Anpassung der Erfindung auf die jeweilige spezifische Anwendung bedingt sein kann. Wenn die Schwellenwertüberschreitung für die Mindestzeitdauer erkannt wird, so wird erfindungsgemäß der Sendeschalldruck zurückgenommen. Um dies zu erreichen, stehen die erfindungsgemäß Mittel zur Verfügung. In dem mit Hinblick auf 3 diskutierten Ausführungsbeispiel weisen die Reduzierungsmittel 104 den Teiler 301 auf, welcher die Referenzspannung um den erfindungsgemäßen vorbestimmten Faktor verringert. Dies hat einen entsprechend reduzierten Sendestrom während der Anregung des resonanten Wandlerelements 212 zur Folge. Daher kann nunmehr ein Objekt im Nahbereich von beispielsweise unter 0,5 m korrekt detektiert werden und der Echopulsscheitel aufgezeichnet werden, so dass die Steuer- und Signalauswerteeinheit 312 eine Echozeit exakt bestimmen kann, um die genaue Entfernung des Objektes im Nahbereich zu detektieren. Durch die Verringerung der Sendesignalstärke wird der Empfangspfad nicht mehr übersteuert, und das resonante Wandlerelement kommt nach Aussendung von Echopulsen schneller zum Stillstand.
Ein Fachmann erkennt, dass die Erfindung nicht auf die hier diskutierten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass innerhalb des durch die unabhängigen Ansprüche definierten Schutzumfangs zahlreiche Änderungen, Anpassungen und Modifizierungen durchführbar sind, ohne den Schutzbereich zu verlassen. Die weiter oben genannten Ausführungsformen und die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Komponenten sind nur Beispiele zu verstehen und sollen der Veranschaulichung dienen. Zahlreiche Details werden in einer praktischen Implementierung der Erfindung an die jeweils vorliegenden Bedingungen und Anforderungen angepasst. So können beispielsweise gemäß einer anderen, hier nicht ausführlich diskutierten Ausführungsform der Erfindung auch Sensoren ohne induktiven Übertrager verwendet werden, oder das erfindungsgemäße Teilerelement ist woanders angeordnet, beispielsweise an einem anderen Eingang des Komparators.
Neben der schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den 1 bis 3 verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3405915 A1 [0008]
DE 4314247 A1 [0009]

Claims

Verfahren zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall, bei dem Ultraschallpulse mittels eines resonanten Wandlerelements (101, 212) ausgesendet werden und von den Objekten reflektierte Echopulse empfangen werden, wobei die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels eines Empfangsverstärkers (106) verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob bei einem Empfang der Empfangssignale eine Übersteuerung in dem den Empfangsverstärker (106) umfassenden Empfangspfad (105) vorliegt, und dass die Sendesignalstärke zum Aussenden mindestens eines Ultraschallpulses automatisch um einen vorbestimmten Faktor reduziert wird, falls eine Übersteuerung vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung, ob eine Übersteuerung vorliegt, ermittelt wird, ob ein vorgegebener maximaler Signalstärkenschwellenwert für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung, ob eine Übersteuerung vorliegt, als ein zusätzliches Kriterium zum Auslösen der Reduzierung der Sendesignalstärke überprüft wird, ob die Übersteuerung innerhalb einer Mindestlaufzeit und somit im Nahmessbereich des Sensors vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendesignalstärke reduziert wird, indem ein in einem induktiven Übertrager (207) einer Ansteuerungsschaltung (102, 211) fließender Sendestrom mittels eines Regelkreises (109) um den vorbestimmten Faktor reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendesignalstärke automatisch wieder auf den ursprünglichen Wert angehoben wird, wenn eine detektierte Echolaufzeit eine zweite vorbestimmte Mindestzeitdauer überschreitet und/oder wenn bei Detektion eines Echopulses die entsprechende Amplitude der verstärkten Empfangssignale kleiner ist als ein vorgegebener minimaler Signalstärkenschwellenwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Empfangen der Empfangssignale ein zweites, zu dem zum Aussenden der Ultraschallpulse verwendeten Wandlerelement (101, 212) unterschiedliches Wanderelement verwendet wird.
Messsystem (100) zum Detektieren von Objekten mittels Ultraschall, das einen Ultraschallsensor mit einem resonanten Wanderelement (101, 212), eine Ansteuerungsschaltung (102, 104, 201) zum Ansteuern des resonanten Wandlerelements und einen Empfangsverstärker (106) aufweist und dazu eingerichtet ist, Ultraschallpulse mittels des Ultraschallsensors auszusenden und von den Objekten reflektierte Echopulse zu detektieren, indem die die Echopulse umfassenden Empfangssignale mittels des Empfangsverstärkers (106) verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (100) ferner aufweist eine Übersteuerungsdetektion (107) zum Beurteilen, ob eine Übersteuerung in dem den Empfangsverstärker (106) umfassenden Empfangspfad (105) vorliegt, und Mittel (104), eine Sendesignalstärke automatisch um einen vorbestimmten Faktor zu reduzieren, falls eine Übersteuerung vorliegt.
Messsystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersteuerungsdetektion (107) eine Signalauswertungseinheit (312) und einen Komparator (302) umfasst.
Messsystem (100) nach Anspruch 8, ferner aufweisend einen Regelkreis (109) zum Regeln eines Sendestroms in einem induktiven Übertrager (207) zum Ansteuern des Ultraschallsensors, wobei der Komparator (302) in dem Regelkreis (109) angeordnet ist, und einen Stromteiler und/oder einen Spannungsteiler (301), der eine Eingangsspannung (U_ref) des Komparators (302) gemäß dem vorbestimmten Faktor ändert.
Fahrerassistenzsystem, dass das Messsystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweist.