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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines blockierten Zustands eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs, bei welchem während eines Sendezyklus eine Membran des Ultraschallsensors zum Aussenden eines Ultraschallsignals angeregt wird, in einem zeitlich auf den Sendezyklus folgenden Ausschwingzyklus mittels einer Auswerteeinrichtung ein Ausschwingsignal, welches eine Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt, erfasst wird und anhand des erfassten Ausschwingsignals der blockierte Zustand des Ultraschallsensors mittels einer Steuereinrichtung erkannt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung.
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Verfahren zum Erkennen eines blockierten Zustands eines Ultraschallsensors sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Es geht dabei um die Erkennung einer Situation, in welcher der Ultraschallsensor durch eine zusätzliche Masse, etwa durch Schmutz und/oder Schnee und/oder Eis, verdeckt ist. Da Ultraschallsensoren heutzutage immer häufiger auch außerhalb der eigentlichen Parkhilfefunktionalität eingesetzt werden, wie beispielsweise zur Fahrunterstützung mit aktiven Bremseingriffen aufgrund einer detektierten Kollisionsgefahr, soll im Betrieb des Kraftfahrzeugs sichergestellt werden, dass die am Kraftfahrzeug vorhandenen Ultraschallsensoren die in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen Hindernisse sicher erkennen bzw. die Abstände auch zuverlässig bis zu einer vorbestimmten Rechweite erfassen können. Sind die Ultraschallsensoren mit einer zusätzlichen Masse verdeckt, soll dies zuverlässig detektiert werden. Die bekannten Verfahren zur Erkennung von Eis oder Schmutz basieren grundsätzlich auf der Auswertung von Nebeneffekten, welche durch die zusätzliche Masse an dem Ultraschallsensor verursacht werden. So wird durch eine zusätzliche Masse beispielsweise die so genannte Ausschwingzeit der Membran des Ultraschallsensors beeinflusst oder es wird ein virtuelles Echo bzw. ein Scheinecho generiert, was durch entsprechende Auswertung des elektrischen Empfangssignals des Ultraschallsensors detektiert werden kann. Es kann jedoch im ungünstigsten Falle auch vorkommen, dass die zusätzliche Masse weder zu einer Änderung der Ausschwingzeit der Membran führt noch zusätzliche Echos verursacht. In solchen Situationen kann der blockierte Zustand des Ultraschallsensors nicht detektiert werden, und der Sensor ist nicht mehr in der Lage, ein reales Objekt zu detektieren bzw. die Abstände zuverlässig zu erfassen.
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Um den blockierten Zustand des Ultraschallsensors auch in solchen ungünstigen Situationen erkennen zu können, wird im Stand der Technik bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem eine Plausibilisierung dahingehend vorgenommen wird, dass der Ultraschallsensor in einen Überprüfungsmodus geschaltet wird, in welchem die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors im Vergleich zum Normalbetrieb deutlich erhöht wird. In diesem Überprüfungsmodus wird überprüft, ob der Ultraschallsensor so genannte Bodenreflexionen oder Reflexionen an anderen Objekten empfangen kann, welche im Normalbetrieb üblicherweise aufgrund der geringeren Empfindlichkeit ausgeblendet werden. Der Nachteil eines solchen Überprüfungsmodus besteht jedoch darin, dass der Ultraschallsensor für eine bestimmte Zeitdauer für die eigentlichen Messungen nicht zur Verfügung steht und es somit zu einer zeitlichen Verzögerung der Verfügbarkeit des Sensors kommt.
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Eine gewisse Abhilfe schafft hier ein alternatives Verfahren, wie es in dem Dokument
DE 102 47 971 A1 beschrieben ist. Es wird hier die Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors gemessen und mit abgelegten Referenzwerten verglichen. Dieses Verfahren basiert auf der Tatsache, dass die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors ein direkter Indikator für eine Verschmutzung, Eis- oder Schneeschicht ist, da diese zusätzliche Schicht die Masse der harmonischen Schwingung beeinflusst. Mit der zusätzlichen Masse der Verschmutzung bzw. der Eis- oder Schneeschicht ändert sich nämlich auch die schwingende Masse und folglich auch die Resonanzfrequenz des Sensors.
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Um einen mit Schmutz und/oder Eis und/oder Schnee verdeckten Zustand eines Ultraschallsensors erkennen zu können, schlägt die
DE 10 2009 040 992 A1 vor, die Ausschwingfrequenz des Ultraschallsensors im Anschluss an eine Anregung der Membran zu erfassen und mit der Anregefrequenz zu vergleichen. Abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs wird festgestellt, ob der Ultraschallsensor blockiert ist oder nicht.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2010 033 213 A1 ein Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Ultraschallsensors, wobei zu einem vorgegebenen Sendezeitpunkt ein Messsignal ausgesendet wird und in Reaktion auf das Messsignal zumindest ein Echosignal empfangen und ausgewertet wird. Um eine Reduzierung der zu übertragenden Echoinformationen zu ermöglichen, wird aus den zeitlichen Abständen von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Echosignalen eine Zeitdifferenz gebildet und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen.
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Ferner ist aus der
DE 10 2006 020 425 A1 ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand bekannt. Zur Abstandsbestimmung wird ein erstes Echosignal, das von einem von einem Sensor ausgesendeten und von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallsignal resultiert, berücksichtigt. Zudem wird zumindest ein zweites Echo berücksichtigt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei vergleichsweise nahe am Fahrzeug vorhandenen Gegenständen ein ausgesendetes Ultraschallsignal mehrfach am Gegenstand und am Fahrzeug reflektiert wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ein blockierter Zustand eines Ultraschallsensors zuverlässiger erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines blockierten Zustands eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs. Während eines Sendezyklus wird eine Membran des Ultraschallsensors zum Aussenden eines Ultraschallsignals angeregt. In einem zeitlich auf den Sendezyklus folgenden Ausschwingzyklus wird mittels einer Auswerteeinrichtung ein Ausschwingsignal, welches eine Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt, erfasst wird und anhand des erfassten Ausschwingsignals wird der blockierte Zustand des Ultraschallsensors mittels einer Steuereinrichtung erkannt. Zudem wird das erfasste Ausschwingsignal mittels der Steuereinrichtung auf ein Vorhandensein zumindest eines Echos des Ultraschallsignals hin überprüft und der blockierte Zustand des Ultraschallsensors wird zusätzlich in Abhängigkeit von dem Vorhandensein des zumindest einen Echos erkannt.
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Vorliegend soll ein blockierter Zustand des Ultraschallsensors erkannt werden. Es soll also bestimmt werden, ob sich auf der Membran des Ultraschallsensors eine zusätzliche Masse befindet. Diese zusätzliche Masse kann beispielsweise durch eine Verschmutzung, durch Eis und/oder durch Schnee gebildet sein. Wenn der Ultraschallsensor blockiert ist, kann dies eine Fehlfunktion des Ultraschallsensors zur Folge haben. Um den blockierten Zustand des Ultraschallsensors zu bestimmen, wird die Membran des Ultraschallsensors in einem Sendezyklus zu mechanischen Schwingungen angeregt. Während des Sendezyklus wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet. Insbesondere wird das Ultraschallsignal zu einem vorbestimmten Sendezeitpunkt ausgesendet. Hierzu wird die Membran des Ultraschallsensors mit einem Aktor, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, angeregt.
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In einem Ausschwingzyklus, der zeitlich auf dem Sendezyklus folgt, wird eine Bewegung bzw. mechanische Schwingung der Membran erfasst. In dem Ausschwingzyklus wird die Membran von dem Aktor nicht zu mechanischen Schwingungen angeregt. Die mechanische Schwingung der Membran kann mit dem Aktor bzw. dem piezoelektrischen Element erfasst werden. Das piezoelektrische Element stellt beispielsweise ein zeitabhängiges Spannungssignal zur Verfügung, das mit der Auswerteeinrichtung des Ultraschallsensors ausgewertet werden kann. Mit der Auswerteeinrichtung kann dann ein Ausschwingsignal bereitgestellt werden, welches den zeitlichen Verlauf der mechanischen Schwingung der Membran beschreibt. Mit der Auswerteeinrichtung kann nun überprüft werden, ob das Ausschwingsignal neben einen Signalanteil, der von dem Ausschwingen der Membran stammt, einen weiteren Signalanteil aufweist. Hier wird insbesondere untersucht, ob das Ausschwingsignal einen Signalanteil umfasst, der von einem Echo des Ultraschallsignals stammt. Somit kann bestimmt werden, ob ein zusätzlicher Signalanteil von einem Echo des Ultraschallsignals oder von einer Blockierung des Ultraschallsensors stammt. Ein Signalanteil, der in Folge einer Blockierung des Sensors vorliegt, wird als sogenanntes Scheinecho bezeichnet. Auf diese Weise kann ein blockierter Zustand des Ultraschallsensors zuverlässig erkannt werden.
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Bevorzugt wird ein Bereich des Ausschwingsignals ausgewählt und der ausgewählte Bereich des Ausschwingsignals wird auf das Vorhandensein des zumindest einen Echos hin überprüft. Hierbei wird der Aspekt berücksichtigt, dass die Ausschwingzeit der Membran üblicherweise 1 ms bis 1,4 ms beträgt. Während dieser Zeit ist der der Ultraschallsensor „blind“ und kann keine Echos des Ultraschallsignals empfangen. Der Bereich des Ausschwingsignals kann so gewählt werden, dass der Bereich zeitlich nach dieser Ausschwingzeit liegt. Somit kann nur ein Bereich des Signals untersucht werden, in dem Echos grundsätzlich empfangen werden können.
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In einer Ausführungsform wird das Vorhandensein des zumindest einen Echos des Ultraschallsignals in dem Ausschwingsignal anhand einer Periode und/oder einer Frequenz des Ausschwingsignals überprüft. Die Ausschwingperiode und/oder die Frequenz der Schwingung der Membran kann mit der Auswerteeinrichtung erfasst werden. Beispielsweise kann untersucht werden, ob das Ausschwingsignal zumindest zwei unterschiedliche Frequenzanteile aufweist. Beim Ausschwingen schwingt die Membran üblicherweise in ihrer Resonanzfrequenz. Wenn ein Echo des Ultraschallsignals auf die Membran trifft, wird diese zu einer mechanischen Schwingung angeregt. Der Frequenzanteil, der von dieser Schwingung stammt, kann entsprechend anhand der Periode oder Frequenz des Ausschwingsignals erfasst werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Ausschwingsignal auf das Vorhandensein eines ersten Echos und eines zeitlich auf das erste Echo folgenden zweiten Echos hin überprüft wird. Insbesondere kann das Ausschwingsignal in dem ausgewählten Bereich auf das Vorhandensein des ersten und des zweiten Echos hin überprüft werden. Wenn zwei oder mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Echos in dem Ausschwingsignal erkannt werden, kann darauf geschlossen werden, dass diese von einer Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals stammen. Es kann also mit einer hohen Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass sich vor dem Ultraschallsensor ein Objekt bzw. ein Hindernis befindet.
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Vorzugsweise wird bei einem Nichtvorhandensein des zweiten Echos in dem Ausschwingsignal mittels der Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben, welches den Zustand des Ultraschallsensors als blockiert beschreibt. Die Auswerteeinrichtung kann das Ausschwingsignal auf das Vorhandensein der zumindest zwei Echos hin überprüfen. Diese Information kann von der Auswerteeinrichtung an die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs übertragen werden. Die Steuereinrichtung kann diese Information entsprechend bewerten und beispielsweise ein Signal ausgeben, welches beschreibt, dass der Ultraschallsensor blockiert ist.
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In einer Ausführungsform wird bei dem Nichtvorhandensein des zweiten Echos in dem Ausschwingsignal eine Fehlermeldung, zum Hinweis einer Fehlfunktion des Ultraschallsensors ausgegeben. Diese Fehlermeldung kann an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden. Beispielsweise kann eine entsprechende Anzeige auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Somit kann der Fahrer darüber informierte werden, dass der Ultraschallsensor nicht funktionstüchtig ist. Der Fahrer kann auch daraufhingewiesen werden, dass der Ultraschallsensor oder ein Fahrerassistenzsystem, welches den Ultraschallsensor umfasst, momentan nicht zur Verfügung steht. Weiterhin kann ein Hinweis erfolgen, dass die Verschmutzung entfernt werden soll oder eine Werkstatt aufgesucht werden soll. Somit wird die Sicherheit erhöht und der Fahrer kann zuverlässig beim Betrieb des Kraftfahrzeugs unterstützt werden.
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In einer weitern Ausgestaltung wird bei einem Vorhandensein des zweiten Echos in dem Ausschwingsignal mittels der Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben, welches ein Vorhandensein eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs beschreibt. Wenn in dem Ausschwingsignal zwei zeitlich aufeinanderfolgende Echos erkannt werden, kann davon ausgegangen werden, dass sich ein Objekt vor dem Ultraschallsensor befindet. Dies Information kann von der Steuereinrichtung an weitere Komponenten bzw. Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn bei dem Vorhandsein des zweiten Echos in dem Ausschwingsignal ein Warnhinweis zur Warnung vor dem Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird. Beispeisweise kann ein visuelles und/oder ein akustisches Warnsignals ausgegeben werden, welches den Fahrer darauf hinweist, dass sich ein Objekt bzw. Hindernis in der Nähe des Kraftfahrzeugs befindet. Somit kann eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt verhindert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden, falls das erste und das zweite in dem Ausschwingsignal vorhanden sind, eine erste zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und einem Auftreffen des ersten Echos auf die Membran sowie eine zweite zeitliche Dauer zwischen dem Auftreffen des ersten Echos auf die Membran und einem Auftreffen des zweiten Echos auf die Membran anhand des Ausschwingsignals bestimmt. Anhand des Ausschwingsignals können die erste zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des ersten Echos sowie die zweite zeitliche Dauer zwischen dem Empfangen des ersten Echos und dem Empfangen des zweiten Echos bestimmt werden. Somit kann auf einfache Weise die zeitliche Abfolge der Echos untersucht werden.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Vorhandensein des Objekts in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs anhand eines Unterschieds zwischen der ersten zeitlichen Dauer und der zweiten zeitlichen Dauer plausibilisiert wird. Insbesondere kann untersucht werden, ob die erste zeitliche Dauer und die zweite zeitliche Dauer im Wesentlichen gleich sind. Ist dies der Fall stammen die beiden Echos mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von einer Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals. Somit kann davon ausgegangen werden, dass sich ein Objekt vor dem Ultraschallsensor befindet und kein Scheinecho vorliegt.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor und eine Steuereinrichtung, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Die Steuereinrichtung kann durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Die Ultraschallsensorvorrichtung kann einen oder mehrere Ultraschallsensoren umfassen. Die Ultraschallsensoren können in einem Heckbereich und/oder einem Fronbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die Ultraschallsensoren können beispielsweise in oder hinter den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann eine entsprechende Auswerteeinrichtung aufweisen, welche die mit dem Ultraschallsensor empfangenen Signale digital auswerten kann.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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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.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 einen Graph, der einen zeitlichen Verlauf eines Ausschwingsignals eines Ultraschallsensors der Ultraschallsensorvorrichtung zeigt;
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3 einen Graph gemäß 2 in einer weiteren Ausführungsform; und
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4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Ultraschallsensorvorrichtung 2. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst wiederum eine Steuereinrichtung 3, die beispielsweise durch ein Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 2 zumindest einen Ultraschallsensor 4.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 2 acht Ultraschallsensoren 4. Dabei sind vier Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Diese Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an oder in einem vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Des Weiteren sind vier Ultraschallsensoren 4 sind in einem Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Diese Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an oder in einem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Hinsichtlich der Einbauart der Ultraschallsensoren 4 können zwei alternative Ausführungsformen vorgesehen sein. Zum einen können die Ultraschallsensoren 4 jeweils in einer Aussparung des jeweiligen Stoßfängers angeordnet sein, sodass eine Membranen der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 innerhalb der jeweiligen durchgängigen Aussparung des Stoßfängers angeordnet sind. Zum anderen kann jedoch auch ein verdeckter Einbau der Ultraschallsensoren 4 hinter dem jeweiligen Stoßfänger vorgesehen sein, sodass die Membranen der Ultraschallsensoren 4 an der Rückseite des jeweiligen Stoßfängers anliegen und die Ultraschallsignale durch das Material des Stoßfängers hindurch aussenden und empfangen.
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Mit den Ultraschallsensoren 4 kann zumindest ein Objekt in einem Umgebungsbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden. Zudem kann der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird ein Ultraschallsignal mit zumindest einem der Ultraschallsensoren 4 ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Signal wird wieder empfangen. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird die Membran des Ultraschallsensors 4 zu einer Schwingung angeregt. Um die Membran zu einer Schwingung anzuregen, umfasst der Ultraschallsensors 4 einen entsprechenden Aktor, beispielsweise ein piezoelektrisches Element. Dieses piezoelektrische Element dient insbesondere auch dazu, eine Schwingung der Membran zu erfassen. Somit kann das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal, das auf die Membran trifft und diese zu Schwingungen anregt, erfasst werden. Anhand der Laufzeit des Ultraschallsignals kann der Abstand zu dem Objekt in dem Umgebungsbereich 7 bestimmt werden.
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Die Ultraschallsensoren 4 weisen zudem eine vorliegend nicht dargestellte Auswerteeinrichtung auf. Diese Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine entsprechende Auswerteschaltung umfassen. Die Auswerteeinrichtung kann ein von dem piezoelektrischen Element bereitgestelltes Spannungssignal empfangen und digital auswerten. Die Ultraschallsensoren 4 bzw. deren Auswerteeinrichtungen sind zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 3 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
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Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst außerdem eine Ausgabeeinrichtung 8. Die Ausgabeeinrichtung 8 kann eine optische Anzeige, beispielsweise einen Bildschirm bzw. ein Display, umfassen. Die Ausgabeeinrichtung 8 kann auch zur Ausgabe eines akustischen Signals dienen und hierzu beispielsweise einen Lautsprecher umfassen. Die Ausgabeeinrichtung 8 kann auch einen entsprechenden Aktor umfassen, mit dem eine haptische Rückmeldung an den Fahrer ausgegeben werden kann. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 3 mit der Ausgabeeinrichtung 8 zur Datenübertragung verbunden. Somit kann die Ausgabe eines Signals von der Ausgabeeinrichtung 8 mittels der Steuereinrichtung 3 gesteuert werden.
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Vorliegend soll nun ein blockierter Zustand der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 erkannt werden. Es soll also überprüfen werden, ob zumindest einer der Ultraschallsensoren 4 durch eine zusätzliche Masse, wie eine Verschmutzung und/oder Eis und/oder Schnee, verdeckt und somit in seiner Funktionalität blockiert ist. Zu diesem Zweck wird mit dem Ultraschallsensor 4 in einem Sendezyklus ein Ultraschallsignal ausgesendet. In einem zeitlich auf den Sendezyklus folgenden Ausschwingzyklus schwingt die Membran aus. Sie wird also nicht mittels des Aktors zu Schwingungen angeregt. Während des Ausschwingzyklus wird die mechanische Schwingung der Membran mittels der Auswerteeinrichtung anhand des Signals des piezoelektrischen Elements erfasst. Mit der Auswerteeinrichtung wird ein Ausschwingsignal 10, 14 bereitgestellt, welches den zeitlichen Verlauf der Schwingung der Membran beschreibt.
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Mit der Auswerteeinrichtung wird insbesondere eine Periode und/oder eine Frequenz des Ausschwingsignals 10, 14 erfasst. Es kann beispielsweise überprüft werden, ob neben der Resonanzfrequenz der Membran eine weitere Frequenz in dem Ausschwingsignals 10, 14 vorliegt. Ist dies der Fall, wird üblicherweise Schall in den Ultraschallsensor 4 eingekoppelt.
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Hierbei ist zu beachten, dass die Ausschwingzeit des Ultraschallsensors 4 bzw. der Membran des Ultraschallsensors 4 im Bereich zwischen 1 ms und 1,4 ms liegt. In diesem Bereich können reflektierte Ultraschallsignale bzw. Wellenpakete nicht direkt gemessen werden, da das Ausschwingen der Membran das Echo überdeckt. Das entspricht einem sogenannten Blinbereich direkt vor dem Ultraschallsensor 4, der etwa 20 cm beträgt.
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2 zeigt einen Graph 9, der den Verlauf des Ausschwingsignals 10 zeigt. Auf der Abszisse ist der Abstand d in cm aufgetragen. Der Abstand d kann aus dem Produkt der Schallgeschwindigkeit und der erfassten Laufzeit des Ultraschallsignals bestimmt werden. Auf der Ordinate ist die Amplitude des Ausschwingsignals 10 in willkürlichen Einheiten gezeigt. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem sich ein Objekt bzw. Hindernis direkt vor dem Ultraschallsensor 4 befindet. Der Abstand zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor 4 beträgt etwa 20 cm. Das Ultraschallsignal, welches mit dem Ultraschallsensor 4 ausgesendet wird, wird von dem Objekt reflektiert. In dem Ausschwingsignal 10 sind ein erstes Echo 11 und ein zweites Echo 12 zu erkennen, welche von dem reflektierten Ultraschallsignal stammen. Das erste Echo 11 tritt vorliegende bei einem Abstand von etwa 20 cm auf. Das zweite Echo 12, das von der doppelten Reflexion des Ultraschallsignals stammt, tritt bei einem Abstand von etwa 40 cm auf.
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Im Vergleich hierzu zeigt 3 einen Graph 13, der den Verlauf eines weiteren Ausschwingsignals 14 zeigt. Hier befindet sich kein Hindernis vor dem Ultraschallsensor 4. Vorliegend ist in dem Ausschwingsignal 14 ein sogenanntes Scheinecho 15 zu erkennen. Dieses Scheinecho 15 wird dadurch generiert, dass auf der Membran des Ultraschallsensors 4 eine zusätzliche Masse angeordnet ist. Diese zusätzliche Masse kann von einer Verschmutzung, von Eis und/oder von Schnee stammen. Die Masse bewirkt eine Rückkopplung auf die Membran, welche eine zusätzliche Kraftkomponente ist. Dies ist als zweite Frequenz in dem Ausschwingsignal 14 zu erkennen. Allerdings ist in diesem Fall kein zweites Echo in dem Ausschwingsignal 14 zu erkennen.
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4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Erkennen des blockierten Zustands des Ultraschallsensors 4. In einem ersten Schritt S1 wird mittels der Auswerteeinrichtung des Ultraschallsensors 4 das Ausschwingsignal 10, 14 gemessen. In einem weiteren Schritt S2 wird mittels der Auswerteeinrichtung überprüft, ob zumindest ein Echo 11, 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 vorhanden ist. Wenn kein Echo 11, 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 vorhanden ist, wird der Ultraschallsensor 4 in einem normalen Betriebsmodus bzw. Standardbetriebsmodus betrieben (Schritt S3).
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Falls mittels der Auswerteeinrichtung ein Echo 11, 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 erkannt wird, wird das Verfahren in einem Schritt S4 fortgesetzt. Hier wird überprüft, ob weitere Echos in dem Ausschwingsignal 10, 14 vorhanden sind. Hierzu kann insbesondere ein Bereich des Ausschwingsignals 10, 14 ausgewählt werden. Dieser Bereich kann so gewählt werden, dass der sogenannte Blindbereich des Ultraschallsensors 4 nicht berücksichtigt wird. Beispielsweise kann das Ausschwingsignal 10, 14 nur für Abstände größer als 25 cm überprüft werden.
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Falls ein zweites Echo 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 erkannt wird, kann ein erster Abstand d1 zwischen dem Aussendezeitpunkt des Ultraschallsignals und dem Auftreten des ersten Echos 11 bestimmt werden. Zudem kann ein zweiter Abstand d2 zwischen dem Auftreten des ersten Echos 11 und dem Auftreten des zweiten Echos 12 bestimmt werden. Der erste Abstand d1 und der zweite Abstand d2 sind beispielhaft in 2 gezeigt. Ferner kann der Unterschied zwischen dem ersten Abstand d1 und dem zweiten Abstand d2 ermittelt werden. Wenn der erste Abstand d1 und der zweite Abstand d2 im Wesentlichen gleich sind, kann davon ausgegangen werden, dass sich ein Objekt vor dem Ultraschallsensor 4 befindet.
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Falls keine weiteren Echos 11, 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 erkannt werden, wird das Verfahren in einem Schritt S5 fortgesetzt. In diesem Fall kann eine Fehlermeldung mittels der Ausgabeeinrichtung 8 ausgeben werden, die den Fahrer darauf hinweist, dass der Ultraschallsensor 4 blockiert ist. Wenn ein zweites Echo 12 in dem Ausschwingsignal 10, 14 erkannt werden, wird das Verfahren in dem Schritt S6 fortgesetzt. In diesem Fall wird über die Ausgabeeinrichtung 8 ein Warnsignal ausgegeben. Dieses Warnsignal kann den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 darauf hinweisen, dass sich ein Objekt bzw. ein Hindernis nahe an dem Kraftfahrzeug 1 befindet. Beispielsweise kann ein akustisches Signal, insbesondere ein Dauerton, mit der Ausgabeeinrichtung 8 ausgegeben werden.
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Das Verfahren lässt sich bei modernen Ultraschallsensoren 4 anwenden, um mit geringem Aufwand einen neuen Indikator für eine Verschmutzungserkennung zu ermöglichen. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass dieses Verfahren unabhängig von den Sensoreigenschaften ist. Das bedeutet, dass sich Temperaturabhängigkeiten oder Streuungen in der Charakteristik des Wandlers bzw. des piezoelektrischen Elements nicht auf das Verfahren auswirken. Ingesamt kann mit geringem Aufwand zuverlässig überprüft werden, ob der Ultraschallsensor 4 blockiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10247971 A1 [0004]
- DE 102009040992 A1 [0005]
- DE 102010033213 A1 [0006]
- DE 102006020425 A1 [0007]
