DE102015012192B3

DE102015012192B3 - Vorrichtung zur Erkennung eines Objektes mittels Ultraschall während des Ausschwingvorgangs eines Ultraschall-Transducers für automobile Anwendungen

Info

Publication number: DE102015012192B3
Application number: DE102015012192.8A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Heppekausen; Guido Schlautmann; Spiegel Egbert; Dennis Kreis
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2035-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems. Das Spannungssignal eines Ultraschall-Transducer (TR) zum periodischen Aussenden und Empfangen von Ultraschall-Bursts mit einer Sendeperiode wird erfasst. Eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) ermittelt aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H). Diese umfasst ein steuerbares Hüllkurvenfilter. Eine Schwellwerterzeugung (VS) erzeugt ein Schwellwertsignal (SW1). Ein erster Komparator (CMP1) vergleicht das Schwellwertsignal (SW1) mit dem Hüllkurvensignal (H) und erzeugt ein erstes Ausgangssignal (dig. IO). Eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters, das Teil der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) sein kann, wird für zumindest einen Zeitraum in Abhängigkeit von dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) oder korreliert zu einen Zeitraum zu zumindest einem Zeitpunkt in einer Sendeperiode durch eine Filtersteuerung (FS) oder einen Zeitgeber (ZG) oder dergleichen geändert. Alternativ oder gleichzeitig kann ein zweiter Komparator (CMP2) das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2) vergleichen. Dabei ist dieser zweite Schwellwert (SW2) im Vergleich zum Schwellwertsignal (SW1) so gewählt, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1). Außerdem bestimmt eine Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) den Zeitpunkt (B) in einer Sendeperiode nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der Sendeperiode, ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) zu invertieren. Ein Zeitgeber (ZG) ändert nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mindestens zweimal in der Sendeperiode und/oder nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) quasikontinuierlich oder kontinuierlich für einen Zeitraum innerhalb der Sendeperiode.

Description

Einleitung
Die Erfindung befasst sich mit der verbesserten Erkennung von Objekten mittels Ultraschallreflexionsmessvorrichtungen im Nahbereich von Automobilen. Hierbei wird ein Ultraschall-Transducer (TR) durch einen Treiber (DR) mit einer Wechselspannung einer vordefinierten Frequenz beaufschlagt, sodass dieser in Resonanz gerät und Schallwellen im Ultraschallbereich abgibt. Der Ultraschall-Transducer (TR) wird typischerweise periodisch durch eine Treiberschaltung (DR) angesteuert und zur Aussendung von Schallwellen veranlasst. Der Betrieb des Ultraschall-Transducers gliedert sich dabei in Sendeperioden, die mit der Aussendung des Ultraschall-Bursts durch den Ultraschall-Transducer beginnen, durch eine Ausschwingphase fortgesetzt werden, an die sich eine Empfangsphase anschließt. Spätestens mit dem Beginn des nächsten Ultraschall-Bursts endet die aktuelle Sendeperiode und beginnt die nächste Sendeperiode. Nach dem Aussenden des Sende-Bursts soll der Ultraschall-Transducer (TR) in der Ausschwingphase möglichst schnell wieder abschwingen, um nun als Empfänger in der Empfangsphase dienen zu können. In der Ausschwingzeit, in der der Ultraschall-Transducer (TR) noch nicht abgeschwungen ist, kann der Ultraschall-Transducer (TR) allerdings in der Regel noch nicht für den Empfang verwendet werden, weil die Eingangsschaltungen typischerweise in dieser Totzeit zwischen dem Ausschalten der Sendeerregung der Schwingung und dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) nicht unterscheiden können, ob das Schwingungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) auf das Ausschwingen zurückzuführen ist oder auf den Empfang einer Schallreflektion durch den Ultraschall-Transducer (TR) zurückzuführen ist. Typischerweise weisen Ultraschall-Transducer (TR) eine relativ hohe Güte auf, weshalb sie nicht beliebig schnell in Schwingung versetzt werden können und auch nicht beliebig schnell gedämpft werden können.
Aus der EP 2 478 389 B1 ist ein System zur Abstandsmessung von Objekten in der unmittelbaren Umebung von Objekten auf Ultraschallbasis bekannt. Aus der DE 195 40 139 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung und Einstellung der Mittenfrequenz eines Bandpassfilters bekannt. Beide Schriften stellen einen wesentlichen Bestandteil des Stands der Technik dar.
Im Folgenden wird der Stand der Technik und dessen Mängel anhand der 1 weiter erläutert. Hierbei wird zunächst die Erkennung eines Echos, welches bereits am Ende der Ausschwingzeit auftritt, diskutiert. Die 1 zeigt beispielhaft die relevanten Signale eines Systems aus dem Stand der Technik für ein Echo bei 17 cm.
Eine nicht gezeichnete Verstärker- und Filterschaltung, insbesondere eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE), erzeugt aus dem Signal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Eingangssignal, dass der geforderten Hüllkurve (Hüllkurve) entspricht. Während der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) zur Erzeugung des Sende-Schall-Bursts, die Teil der Vorrichtung ist, übersteuert dieser Schaltungsteil typischerweise, weshalb das Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) in diesem ersten Zeitraum der Ansteuerung und in der ersten Phase des Ausschwingvorgangs aufgrund der großen Signalamplitude übersteuert ist und sich daher am oberen Rand des Aussteuerbereiches des Hüllkurvensignals (Hüllkurve, H) befindet.
In einer zweiten Phase nach dem Abschalten der Treiberschaltung (DR) der Vorrichtung können das Ende des Ausschwingens und das Echo im Hüllkurvensignal (Hüllkurve) noch gut unterschieden werden, wenn das Echo spät genug am Ultraschall-Transducer (TR) eintrifft und diesen ausreichend zum Schwingen anregt. Aus dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) wird mit Hilfe eines hier zunächst nicht weiter diskutierten Algorithmus ein Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) abgeleitet. Zuerst gehen wir in dieser Beschreibung von einem Schellwertsignal (Schwellwert, SW1) mit einem fest eingestellten Pegel aus. Später wird noch ausgeführt, wie dieses Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) modifiziert werden sollte. Fällt das Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) unter dieses Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) so schaltet das Ausgangssignal (dig. IO) eines ersten Komparators (CMP1) um bzw. das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) wird invertiert. In diesem Beispiel schaltet der Ausgang des ersten Komparators (CMP1) auf eine beispielhafte logische 0.
Zu Beginn führt noch die große Amplitude während des Ausschwingvorgangs zu einem diesem Beispiel entsprechenden logischen 0-Signal auf dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). Erstmalig schaltet der erste Komparator (CMP1) sein erstes Ausgangssignal (dig. IO) erst nach einer Zeit auf die diesem Beispiel entsprechende logische 1, die in dem Beispiel einer Entfernung von ca. 10 cm entspricht. Dies ist der Moment, wo systemtechnisch der beispielhafte Ultraschall-Transducer (TR) als abgeschwungen gilt und ab dem eine Detektion möglich sein sollte.
Die Schwellwertfunktion wird dabei aufgrund von hier nicht weiter diskutierten Faktoren so gewählt, dass Mehrfachechos (1. Reflektion) nicht zu dem besagten Umschalten oder Invertieren des Ausgangs (dig. IO) des ersten Komparators führen.
2 zeigt nun anhand eines kritischeren Beispiels die Verhältnisse bei einem Echo bei beispielhaften 13 cm. Das Echo des beispielhaften Objekts bei 13 cm ist zeitlich nun so dicht an das Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) nach links gerückt, dass zwischen dem Ausschwingzeitpunkt des Ultraschall-Transducers (TR) und dem Wiederanstieg der Hüllkurve (Hüllkurve) das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) nicht mehr unterschreitet. Der minimale Punkt des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) (A) liegt in diesem Beispiel nun oberhalb des Schwellwertsignals (Schwellwert, SW1) Somit schaltet der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) nicht mehr um. Ausschwingen und Echo können daher hier im Stand der Technik nicht mehr unterschieden werden. Der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) signalisiert in diesem Beispiel erst zu einem Zeitpunkt, der einem Abstand von ca. 17 cm entspricht, ein Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR). Die Ausschwingzeit wird also scheinbar durch das sehr nahe Objekt verlängert.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Erkennung von Objekten in der Nähe des Ultraschall-Transducers (TR) zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nun ein zweiter Komparator (CMP2) vorgesehen, der direkt mit dem Ultraschall-Transducer (TR) verbunden ist und die Ausgangsspannungen des Ultraschall-Transducers (TR) direkt mit einem festen zweiten Schwellwert (SW2) vergleicht. Das zweite Ausgangssignal (CMP2out) dieses zweiten Komparators (CMP2) ist in 3 eingezeichnet. Ansonsten entspricht 3 der 1.
Das Ausgangssignal (CMP2out) des 2. Komparators (CMP) zeigt eine digitale Oszillation solange die Amplitude des Ultraschall-Transducers (TR) noch eine erhebliche Höhe hat. Der feste zweite Schwellwert für den Vergleich mit der Transducer-Spannungsamplitude durch den zweiten Komparator (CMP2) wird dabei so gewählt, dass sich der Zeitpunkt des Endes dieser Oszillation (B) innerhalb einer Sendeperiode auch bei einem sehr nahen Echo nicht oder nur um wenige Oszillationstakte verschiebt. Damit kann durch digitale Glättung und Filterung ein Ende der Ausschwingzeit zu einem Zeitpunkt (B) innerhalb einer Sendeperiode fest detektiert werden. Dieser Zeitpunkt (B) liegt zwar um eine erste Zeitdifferenz Δt₁ vor dem Unterschreiten des Pegels des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve), ist aber aufgrund der großen Amplitude praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer.
Es wird nun bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt (B) erst nach dem Verstreichen einer folgenden sechsten Zeitdifferenz (Δt₆) durch einen Zeitgeber (ZG), der mit dem Erreichen des Zeitpunktes (B) gestartet wird, und mittels einer Logik (LG) zugelassen, dass das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) den Empfang eines Echos signalisiert.
4 zeigt nun die Verhältnisse im Falle eines sehr nahen Objekts. Die Figur entspricht der 2 ergänzt um das Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2). Bezogen auf den unveränderten Zeitpunkt (B) ab dem der Ausgangs (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) keine Oszillation mehr zeigt, hat sich der Zeitraum, bis das Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen Wert ändert, auf einen zweiten Zeitraum (Δt₂) erhöht.
Eine korrigierte Anzeige einer Reflektion durch das herkömmliche Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) kann durch eine kleine Modifikation herbeigeführt werden. Dabei wird das Ende des Ausschwingvorgangs signalisiert, indem die Ausgangsleitung (dig. IO) des ersten Komparators am Ende des durch das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) signalisierten Ende des Ausschwingvorgangs (B) des Ultraschall-Transducers (TR) für eine vordefinierte Zeit bezogen auf den Zeitpunkt (B) des durch den zweiten Komparator (CMP2) detektierten Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) beispielsweise mittels eines EXOR-Gatters auf einen dem Beispiel entsprechenden logischen 1-Pegel geschaltet wird. Die Länge dieses Zeitraums entspricht dabei vorzugsweise einem ersten Zeitraum (Δt₁). Dies ist in 5 dargestellt. Ansonsten entspricht die 5 den 1 und 3.
Befindet sich nun ein Objekt nahe am Transducer (6), so schaltet der Ausgang des zweiten Komparators (CMP2) auf eine dem Beispiel entsprechende logische 0, was einem Echo entspricht. Mit dieser Methode ist zwar eine genaue Lagebestimmung im Nahbereich nicht möglich. Es ist aber für die meisten Anwendungsfälle vollkommen ausreichend, wenn bereits das Vorhandensein eines Objekts in diesem Bereich detektierbar ist. Diese Maßnahmen bis zu diesen Punkt verbessern das Empfangsverhalten des Ultraschallmesssystems bereits im Nahbereich.
Es hat sich jedoch darüber hinaus gezeigt, dass eine optimierte Anpassung der Filterung des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) und des Schwellwertsignals (Schwellwert) parallel zu den vorstehenden Maßnahmen durchgeführt werden sollte, um tatsächlich im automobilen Bereich brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass beide Maßnahmen, die vorstehende und die im Folgenden beschriebene für sich alleine genommen bereits eine Verbesserung bringen, für automobile Anwendungen aber alleine eben nicht ausreichend sind.
Aus der EP2478389B1 ist bereits ein Verfahren zu einer Anpassung der Parameter des Hüllkurvenfilters des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) bekannt.
Die nicht beanspruchte 7 zeigt den Verlauf des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) entsprechend der EP2478389B1 . Ab einem bestimmten Punkt, vorzugsweise mit Unterschreiten des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) unter das Schwellwertsignal (Schwellwert) wird die Bandpasscharakteristik des Eingangsfilters, das besagte Hüllkurvenfilter, so umgeschaltet, dass er schmalbandiger wird. In der Folge sinkt das Hüllkurvensignal mit einer langsameren Flanke ab. 10 lässt erkennen, dass bei einem solchen Schwellwertsignal mit der bisherigen Kurve ein nahes Echo nicht mehr zu einer Unterschreitung des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) führt Im Gegensatz dazu wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Hüllkurvenfilter schrittweiseweise umgeschaltet. Dies kann im Extremfall so geschehen, dass analoge, Kennfrequenz bestimmende Komponenten des Hüllkurvenfilters kontinuierlich nachgeregelt werden. Das Umschalten oder das Nachregeln, insbesondere der Kennfrequenzen, des Hüllkurvenfilters, typischerweise eines Bandpassfilters, erfolgt typischerweise in Abhängigkeit von der Zeit nach Ausschalten der Treiberstufen für den Ultraschall-Transducer (TR) zu einem Zeitpunkt A und/oder in Abhängigkeit von der Zeit ab dem bereits besprochenen Zeitpunkt B ab dem der zweite Komparator (CMP2) keine Oszillationen mehr zeigt und/oder in Abhängigkeit von dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) selbst. Im letzteren Fall erfordert eine schrittweise Umschaltung weitere Komparatoren in Abhängigkeit von entsprechenden weiteren Schaltschwellen. Im Ergebnis erhält man eine schnellere fallende Flanke des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) wodurch das System früher in der Lage ist, eine Reflektion zu erkennen.
11 zeigt ein Objekt abseits der Sensorachse, das umgekehrt nicht mehr zu einem Überschreiten des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) führt. Auch dieser Fall mit einer optimierten Hüllkurvenfilterung wie beschrieben, führt immer noch zu einer verfälschten Aussage über die Anwesenheit und/oder Position eines Objektes im Nahbereich einer Ultraschallentfernungsmessvorrichtung.
Angepasst an diesen systemtypischen Hüllkurvenverlauf des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) kann nun zusätzlich noch ein exponentiell abfallendes Schwellwertsignal (Schwellwert) vorgegeben werden. Dies ist in 9 dargestellt. Hierbei wird beispielsweise wieder das Unterschreiten des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) detektiert. Zeitverzögert um einen dritten Zeitraum (Δt₃) gegenüber dem besagten Zeitpunkt (B) innerhalb der Sendeperiode beginnt dann der exponentielle Abfall des Schwellwertsignals (Schwellwert) auf einen vorgegebenen oder sonst wie ermittelten Restschwellwert (RSW) mit einer vorgegebenen oder ermittelten ersten Zeitkonstante τ₁.
12 zeigt anhand des Beispiels aus 11, dass mit einer derartig optimierten Schwelle und einem derartig optimierten Filterung des Hüllkurvensignals eine optimierte Erkennung im Nahbereich möglich ist.
Es handelt sich also zum einen um ein Verfahren zur Auswertung des Spannungssignals eines piezoelektrischen Ultraschall-Transducers. Dabei wird als erster Schritt das Vergleichen des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem zweiten Schwellwert zur Bildung eines zweiten Ausgangssignals (CMP2out) durchgeführt. Hierfür wird, wie beschrieben typischerweise ein zweiter Komparator (CMP2) genutzt. Es folgt das Bilden, sowie ggf. das Verstärken und ggf. das Filtern der Hüllkurve des Spannungssignals in einem Hüllkurvenfilter des Ultraschall-Transducers (TR) zu einem Hüllkurvensignal (Hüllkurve). Die Filterung in dem Hüllkurvenfilter kann dabei umschaltbar bzw. regelbar gestaltet werden. In einem nächsten Schritt wird das Schwellwertsignals (Schwellwert) gebildet. Insbesondere kann das Schwellwertsignal (Schwellwert) durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) und/oder dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) gewonnen werden. Typischerweise liegt dabei das Schwellwertsignal im Vergleich zum zweiten Schwellwert so, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Amplituden des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als ein erster Komparator (CMP1). Der erste Komparator (CMP1) vergleicht sodann das Hüllkurvensignals (Hüllkurve) mit dem Schwellwertsignal (Schwellwert) und bildet das erste Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). Von besonderer Bedeutung ist das Feststellen des Zeitpunktes (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers. Dies geschieht durch die Erfassung des Zeitpunkts (B) zu dem der Ausgang (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) kein Signal mehr zeigt. Dieses Ereignis zum Zeitpunkt B startet typischerweise einen Zeitgeber.
Dieser Zeitgeber schaltet das erste Ausgangssignals (dig. Out) des ersten Komparators (CMP1) für einen vorbestimmten ersten Zeitraum Δt₁ nach dem Zeitpunkt (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) auf den jeweils anderen logischen Wert entsprechend dem Beispiel um. Also beispielsweise von 1 nach 0 und umgekehrt je nach Systemauslegung.
Diesem oben beschriebenen Verfahren entspricht eine Vorrichtung, die das entsprechende Verfahren durchführt. Die Vorrichtung dient zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems insbesondere im Automobil. Sie weist einem Ultraschall-Transducer (TR) auf, dessen Spannungssignal erfasst wird. Eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die Teil der Vorrichtung ist, ermittelt aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) das besagte Hüllkurvensignal (Hüllkurve). Eine Schwellwerterzeugung, die ebenfalls Teil der Vorrichtung ist, erzeugt ein Schwellwertsignal (Schwellwert). Des Weiteren weist die Vorrichtung des besagten ersten Komparator (CMP1) auf, der das Schwellwertsignal (Schwellwert) mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt. Typischerweise wird dabei das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) durch eine Logik mittels eines Steuersignals invertiert oder auf einen festen Wert, insbesondere entsprechend dem Beispiel auf logisch 1, gelegt wird. Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen zweiten Komparator (CMP2) auf, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert im Vergleich zum Schwellwertsignal so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1). Wie zuvor bereits beschrieben, weist die Vorrichtung eine Zeitpunktfeststellvorrichtung auf, die den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) bestimmt, ab dem der Pegel des Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten.
Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung startet mittels eines Startsignals einen Zeitgeber, der Teil der Vorrichtung ist, der für einen ersten Zeitraum (Δt₁) mittels des Steuersignals ab dem festgestellten Zeitpunkt (B) das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf einen Zustand in der Art schaltet, der dem logischen Wert entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.
Darüber hinaus weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein weiteres Merkmal auf, das für sich alleine bereits zu einer Verbesserung über den Stand der Technik hinaus führt, jedoch für sich alleine genommen noch nicht die modernen Anforderungen des automobilen Marktes erfüllt. Eine solche Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems weist wieder einem Ultraschall-Transducer (TR) auf, dessen Spannungssignal erfasst wird, und eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Hüllkurvensignal (Hüllkurve) ermittelt. Dabei umfasst diese Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ein steuerbares Hüllkurvenfilter. Die Vorrichtung weist wieder eine Schwellwerterzeugung auf, die ein Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, und einen ersten Komparator (CMP1), der das Schwellwertsignal mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt. Mindestens eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters wird während des Betriebes der Vorrichtung zu zumindest einem Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) oder korreliert zu diesem geändert.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung weist die Vorrichtung darüber hinaus einen zweiten Komparator (CMP2) auf, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert im Vergleich zum Schwellwertsignal wieder so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1). Zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs weist die Vorrichtung wieder die besagte Zeitpunktfeststellvorrichtung auf. Diese bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Auf diese Weise wird ein fester zeitlicher Bezugspunkt geschaffen, der nun Steuerungsaufgaben ermöglicht, die im Stand der Technik unbekannt sind. In Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit bezogen auf diesen Zeitpunkt (B) können nun Steuerungsaufgaben für das Hüllkurvenfilter und die Schwellwerterzeugung zeitabhängig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung typischerweise einen Zeitgeber auf, der nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung mindestens zweimal ändert. Es ist natürlich denkbar, diese Änderung zu sehr vielen Zeitpunkten vorzunehmen, wodurch eine quasikontinuierliche Änderung des Schwellwertsignals und/oder der Parameter des Hüllkurvenfilters erfolgt. Im Extremfall kann es sich bei dem Zeitgeber um eine Analoge Vorrichtung handeln, die ein analoges Signal erzeugt, das beispielsweise durch einen Pegel den verstrichenen Zeitraum linear oder nichtlinear aber streng monoton fallend oder steigend repräsentiert und das Schwellspannungssignal und/oder einen oder mehrere der Parameter des Hüllkurvenfilters kontinuierlich steuert.
Im Falle einer diskreten Steuerung beispielsweise durch einen digitalen Zeitgeber kann dieser beispielsweise auch nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt₅) bezogen auf den Zeitpunkt (B) die Schwellwerterzeugung derart ändern, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ₁ auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt.
13 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Treiberschaltung (DR) steuert den Ultraschall-Transducers (TR) mit dem Sendesignal typischerweise zu Beginn einer Sendeperiode an. Die Treiberschaltung ist nach dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) für den Rest der Sendeperiode inaktiv. Der Rest der Sendeperiode gliedert sich in Ausschwingzeit und Empfangszeit. Die Sendeperioden werden typischerweise periodisch wiederholt. zweiter Komparator. Ein zweiter Komparator (CMP2) vergleicht das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2), der typischerweise vorgegeben wird. Der zweite Schwellwert (SW2) wird dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) liegt. Das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) wird von der Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) ausgewertet. Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Typischerweise liegt dieser Zeitpunkt (B) in Form eines geeigneten Signals am Ausgang der Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) vor. Dieses Signal startet typischerweise den Zeitgeber (ZG). Der Zeitgeber (ZG) wird somit durch das Erreichen des Zeitpunkts (B) innerhalb einer Sendeperiode gestartet. Dies erfolgt typischerweise bei einer abgeschalteten Treiberschaltung (DR). In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt₁) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der betreffenden Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) typischerweise mittels einer Logik (LO) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In der beanspruchten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf den Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (B) + (Δt₃) ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des Zeitpunkts (B). Gegenüber der Steuerung der Filtercharakteristik über den Zeitgeber wird jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters mittels der Filtersteuerung (FE) und auf Basis des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) bevorzugt. In einer dritten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt₅) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung (VS) mittels der Schwellwertsteuerung (SWS) derart, dass das durch die Schwellwerterzeugung (VS) generierte Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ₁ auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt.
Es bleibt noch zu erwähnen, dass das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) durch eine typische Signalverarbeitung, beispielsweise in Form eines Verstärkers (V), vor der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mit dem Hüllkurvenfilter aufbereitet wird.
Der besagte erste Komparator (CMP1) vergleicht das Ausgangssignal (H) der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mit dem ersten Schwellwert (SW1) in Form des Schwellwertsignals (Schwellwert) und erzeugt daraus das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1), das ggf. noch durch die Logik (LO) modifiziert wird.
Dem Fachmann ist offensichtlich, dass die in diesem Blockschaltbild dargestellten Funktionalitäten zu großen Teilen auch als Software auf einem Signalprozessor ablaufen können. Insofern können ein oder mehrere Komponenten dieses Blockschaltbildes in einer Realisierung auch zu einer einzigen Vorrichtung zusammengefasst sein.
Das Verfahren umfasst somit im Wesentlichen zwei Hauptschritte:

1. Die Bestimmung der Ausschwingzeit in Form eines Zeitpunkts (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der betreffenden Sendeperiode, ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Dies kann auch als Plausibilitätsprüfung dienen, ob beispielsweise der Sensor vorhanden oder verschmutzt etc. ist. Diese Bestimmung der Ausschwingzeit findet ohne nahes Echo statt. In diesem Zusammenhang muss erwähnt werden, dass ein Echo am Ende des Ausschwingvorgangs nicht mehr klar zu erkennen ist und die so ermittelte Ausschwingzeit verfälschen kann.
2. Es folgt die Bestimmung der Ausschwingzeit unabhängig von nahen Echos mit Hilfe eines zweiten Komparators (CMPS2), der direkt am Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) angeschlossen ist.

Vorteile der Erfindung
Selbst wenn die Position nicht immer bestimmt werden kann, so kann doch auch in Extremfällen somit mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Objekt innerhalb des Ausschwingvorgangs/Blindbereichs durch das Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erkannt werden. Dabei werden, je nach Form des Hindernisses, mehrfach hin- und herlaufende Echos erkannt. Dadurch können Echos auch im Bereich ab 1 cm vom Ultraschall-Transducer (TR) teilweise entdeckt werden. Das Verhalten auf der Ausgangsleitung (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) incl. der erfindungsgemäßen Modifikation ist kompatibel zu dem bisherigen System, da es im Nahbereich immer eine Echo-Anzeige gibt. Die erste steigende Flanke nach dem Sendepuls zeigt immer die Ausschwingzeit an, unabhängig von der Position der nahen Echos.
Bezugszeichenliste

A

minimaler Punkt des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) zwischen Abschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) und dem Eintreffen des ersten Nahbereichsechos.

B

Zeitpunkt zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ausschwingen feststellt.

CMP1

erster Komparator. Der erste Komparator vergleicht das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) mit dem Schwellwertsignal und erzeugt daraus das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1).

CMP2

zweiter Komparator. Der zweite Komparator vergleicht das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2), der typischerweise vorgegeben wird. Der zweite Schwellwert (SW2) wird dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) liegt.

CMP2out

zweites Ausgangssignal des zweiten Komparators (CMP2).

dig. IO

erstes Ausgangssignal des ersten Komparators (CMP1)

DR

Treiberschaltung zur Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) mit dem Sendesignal innerhalb einer Sendeperiode. Die Treiberschaltung ist nach dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) für den Rest der Sendeperiode inaktiv.

FS

Filtersteuerung für die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE). In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung mittels Filtersteuerleitungen (FSS) nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt₃) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.

FSS

Filtersteuerleitungen. In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung (FS) mittels dieser Filtersteuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt₃) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.

H

Ausgangssignal der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) und Eingangssignal des ersten Komparators (CMP1).

HE

Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung. Die Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung übernimmt vom Verstärker (V) das verstärkte Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR). Es umfasst unter anderem ein Hüllkurvenfilter das mittels weiterer Leitungen durch den Zeitgeber oder besser und bevorzugt mittels der Filtersteuerleitungen durch die Filtersteuerung (FE) gesteuert wird. In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung (FS) mittels der Filtersteuerleitungen (FSS) nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt₃) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.

LO

Logik. In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt₁) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) mittels dieser Logik (LO) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.

τ₁

erste Zeitkonstante (τ₁). Nachdem der fünfte Zeitraum (Δt₅) zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, vergangen ist, wird die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, so beispielsweise durch einen Zeitgeber so umgeschaltet, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit der ersten Zeitkonstante (τ₁) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt

Δt₁

erster Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) kreuzt und somit der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen logischen Wert ändert. Dies gilt, wenn kein Objekt nahe am Ultraschall-Transducer (TR) ist. Dieser erste Zeitraum kann auch als ein erster Zeitpunkt (Δt₁) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den ersten Zeitraum verschoben ist.

Δt₂

zweiter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) kreuzt und somit der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen logischen Wert ändert. Hierbei ist jedoch ein Objekt so nahe am Ultraschall-Transducer, dass der zweite Zeitraum (Δt₂) gegenüber dem ersten Zeitraum (Δt₁) vergrößert ist. Dieser zweite Zeitraum kann auch als ein zweiter Zeitpunkt (Δt₂) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den zweiten Zeitraum verschoben ist.

Δt₃

dritter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt zu dem typischerweise ein Zeitgeber bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ändert. Dieser dritte Zeitraum kann auch als ein dritter Zeitpunkt (Δt₃) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den dritten Zeitraum verschoben ist.

Δt₄

vierter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt zu dem typischerweise ein Zeitgeber bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ändert. Der vierte Zeitraum ist typischerweise verschieden vom dritten Zeitraum (Δt₃). Dieser vierte Zeitraum kann auch als ein vierter Zeitpunkt (Δt₄) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den vierten Zeitraum verschoben ist.

Δt₅

fünfter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B) zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, so beispielsweise durch einen Zeitgeber umgeschaltet wird, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante (τ₁) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt Dieser fünfte Zeitraum kann auch als ein fünfter Zeitpunkt (Δt₅) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den fünften Zeitraum verschoben ist.

Δt₆

sechster Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B) zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, ab dem ein fallendes erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) als erkanntes Echo gewertet wird. Typischerweise wird der sechste Zeitraum Δt₆ um 20% länger als der Mittelwert des ersten Zeitraums Δt₁ gewählt, da der Zeitpunkt Δt₁ selbst mit einem Jitter belegt ist. Für den Fall, dass die Varianz des ersten Zeitraums Δt₁ gegenüber dessen Mittelwert in einer Realisierung größer ist, sollte der sechste Zeitraum Δt₆ entsprechend vergrößert werden. Ist die Varianz kleiner, so kann der sechste Zeitraum Δt₆ verkleinert werden. Außerdem tragen Temperaturschwankungen und ggf. Änderungen der Pulsanzahl des Sendebursts zu Änderungen des ersten Zeitraums Δt₁ bei, die bei der Einstellung des sechsten Zeitraums Δt₆ berücksichtigt werden sollten. Dieser sechste Zeitraum kann auch als ein sechster Zeitpunkt (Δt₆) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den sechsten Zeitraum verschoben ist.

Hüllkurve

Hüllkurvensignal, die mittels einer Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) gewonnen wird.

RSW

Restschwellwert auf den das Schwellwertsignal (Schwellwert) bei exponentieller Reduktion nach dem Zeitpunkt (B) und dem Verstreichen des fünften Zeitraums (Δt₅) abfällt. Nachdem der fünfte Zeitraum (Δt₅) zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, vergangen ist, wird die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, beispielsweise durch einen Zeitgeber so umgeschaltet, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit der ersten Zeitkonstante (τ₁) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt

S1

Logiksteuersignal zur Steuerung der Logik durch den Zeitgeber. Mittels der Logik schaltet in einer Ausprägung der Erfindung der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt₁) mittels des Logiksteuersignals ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.

SW2

Signal für den zweiten Schwellwert.

SWS

Schwellwertsteuerung. Die Schwellwertsteuerung wird durch den Zeitgeber gesteuert. In einer Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt₅) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung (VS) des ersten Schwellwerts (SW1) derart, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante (τ₁) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt

Schwellwert

Das Schwellwertsignal. Das Schwellwertsignal wird typischerweise in einer Schwellwerterzeugungseinheit generiert.

TR

Ultraschall-Transducer.

V

Verstärker

VS

Schwellwerterzeugung für das erste Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1). Die Schwellwerterzeugung wird durch die Schwellwertsteuerung (SWS) gesteuert.

ZG

Zeitgeber. Der Zeitgeber wird durch das Erreichen des Zeitpunkts (B) in einer Sendeperiode gestartet. Zu Beginn einer Sendeperiode wird der Zeitgeber typischerweise durch eine nicht gezeichnete Sendesteuerung zurückgesetzt oder ist selbst Teil einer solchen Sendesteuerung, die die Sendeperiodenlänge bestimmt. In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber für einen ersten Zeitraum (Δt₁) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) typischerweise mittels einer Logik (LO) auf den Zustand schaltet, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In einer zweiten weniger bevorzugten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf den Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (B) + (Δt₃) ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des Zeitpunkts (B). Bevorzugt wird jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters mittels der Filtersteuerung (FE) und auf Basis des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). In einer dritten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt₅) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung derart, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ₁ auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt. In einer vierten Ausprägung der Erfindung erlaubt der Zeitgeber nach mindestens einem sechsten Zeitraum (Δt₆) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Erkennung eines Echos. Hierzu modifiziert er mittels der Logik (LO) das erste Ausgangssignal (dig. IO) derart, dass das erste Ausgangssignal (dig. IO) erst nach Ablauf des sechsten Zeitraums (Δt₆) den Empfang eines Echos signalisieren kann.

ZE

Zeitpunktfeststellvorrichtung. Diese bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten.

Claims

Vorrichtung zur Verbesserung der Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems gekennzeichnet dadurch a. dass sie einem Ultraschall-Transducer (TR) zum periodischen Aussenden und Empfangen von Ultraschall-Bursts mit einer Sendeperiode aufweist, dessen Spannungssignal erfasst wird, und b. dass sie eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) aufweist, die aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) ermittelt, und c. dass die Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) ein steuerbares Hüllkurvenfilter umfasst und d. dass sie eine Schwellwerterzeugung (VS) aufweist, die ein Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) erzeugt, und e. dass sie einen ersten Komparator (CMP1) aufweist, der das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt, und f. dass mindestens eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters, das Teil der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) ist, für zumindest einen Zeitraum geändert wird i. diese Kennfrequenz in Abhängigkeit von dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) oder korreliert zu diesem zu zumindest einem Zeitpunkt in einer Sendeperiode durch eine Filtersteuerung (FS) oder einen Zeitgeber (ZG) oder dergleichen geändert wird und ii. dass die Vorrichtung 1. einen zweiten Komparator (CMP2) aufweist, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2) vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert (SW2) im Vergleich zum Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1), und 2. dass sie eine Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) aufweist, die den Zeitpunkt (B) in einer Sendeperiode nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der Sendeperiode bestimmt, ab dem der Pegel des Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) zu invertieren, und 3. dass sie einen Zeitgeber (ZG) aufweist, der nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt₄) bezogen auf den dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mindestens zweimal in der Sendeperiode und/oder nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt₃) quasikontinuierlich oder kontinuierlich für einen Zeitraum innerhalb der Sendeperiode ändert.
Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, a. dass sie einen zweiten Komparator (CMP2) aufweist, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2) vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert (SW2) im Vergleich zum Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1), und b. dass sie eine Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) aufweist, die den Zeitpunkt (B) in einer Sendeperiode nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der Sendeperiode bestimmt, ab dem der Pegel des Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) zu invertieren, und c. dass sie einen Zeitgeber (ZG) aufweist, der nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt₅) bezogen auf den einen Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung derart ändert, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) ab diesem Zeitpunkt (Δt₅) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante (τ₁) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt.
Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2 gekennzeichnet dadurch a. dass sie einen Zeitgeber (ZG) aufweist, der für einen sechsten Zeitraum (Δt₆) mittels eines Steuersignals (S1) oder eines anderen Steuersignals ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf den Zustand schaltet, der einem solchen logischen Wert entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde, b. wobei dieser sechste Zeitraum (Δt₆) größer ist als der erste Zeitraum (Δt₁) und c. wobei der erste Zeitraum (Δt₁) der Zeitraum ist, der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem das Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) kreuzt.