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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2016-0115880 , die am 8. September 2016 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors.
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2. Stand der Technik
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In jüngster Zeit haben Fahrzeughersteller Techniken hinsichtlich der Fahrzeugsicherheit intensiv entwickelt und Fahrzeugprodukte auf den Markt eingeführt, bei denen weiterentwickelte Sicherheitstechniken angewandt werden. Repräsentative Beispiele für die weiterentwickelten Sicherheitstechniken sind moderne Fahrerassistenzsysteme (engl. Advanced Driver Assistance Systems – ADAS), die hauptsächlich beim Einparken eines Fahrzeugs genutzt werden. Insbesondere Parkassistenten (engl. Parking Assistance Systems – PAS) und automatische Parkassistenten (engl. Automatic Parking Assistance Systems – APAS) unter den ADAS sind weitverbreitet, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug und externen Objekten anzuzeigen. Bei diesen Systemen besteht eine wesentliche Technik darin, Positionen oder Abstände von externen Objekten unter Verwendung von am Fahrzeug montierten Ultraschallsensoren exakt zu messen.
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Der Ultraschallsensor kann Ultraschallechos erfassen, die von den externen Objekten reflektiert werden, nachdem Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 20 KHz oder mehr, was in einem nicht hörbaren Bereich liegt, gesendet wurden. Der Ultraschallsensor kann auch auf der Basis der erfassten Ultraschallechos Abstände zu den externen Objekten messen. In diesem Fall kann der Fahrzeugfahrer auf der Basis der gemessenen Abstände in vielfältiger Weise informiert werden, wie etwa mit einem Warngeräusch, einer Anzeige auf dem Fahrzeugdisplay oder dergleichen. Dementsprechend kann durch die Ultraschallsensortechnik die Sicherheit des Fahrers und des Fahrzeugs stark verbessert werden.
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Die herkömmliche Abstandsmesstechnik, bei der der Ultraschallsensor verwendet wird, hatte jedoch viele Beschränkungen hinsichtlich der Erfassungsbereiche oder der Erfassungsgenauigkeit. Herkömmliche Ultraschallsensoren können insbesondere lediglich nach dem vollständigen Anhalten der physikalischen Schwingung der Wandler der Ultraschallsensoren die tatsächlichen von den externen Objekten reflektierten Ultraschallechos empfangen, da der Wandler weiterhin eine Zeitlang in Schwingung versetzt ist, auch wenn der Ultraschallsensor das Antreiben des Messwandlers beendet hat. Dementsprechend war es sehr schwierig, den Abstand der sich in sehr nahen Positionen zu dem Ultraschallsensor befindlichen externen Objekte zu messen.
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Der Bedarf an verschiedenen Anwendungen, die eine sehr präzise Abstandserfassung mit einem weiteren Erfassungsbereich als die bestehenden Ultraschallsensoren erfordern, hat jedoch immer mehr zugenommen. Dadurch wurde die Verbesserung der bestehenden Abstandsmesssysteme sehr dringend. In einer engen Parklücke ist es z. B. für ein effektiveres Einparken erforderlich, den Abstand kürzer als den gegenwärtig messbaren Abstand zu messen.
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Stand der Technik: Nicht erteilte
koreanische Offenlegungsschrift Nr. 10-2005-0006750 (Erscheinungsdatum: 17. Januar 2005)
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verschiedene durch Einschränkungen hervorgerufene Probleme und Nachteile aus dem Stand der Technik im Wesentlichen zu vermeiden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors für eine präzisere Messung einer Position des Abstands zu sehr nahegelegenen externen Objekten bereitzustellen.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, kann eine Vorrichtung zum Betreiben eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes umfassen: eine Treibereinheit zur Bereitstellung eines Sendeimpulses für den Ultraschallsensor, um eine Ultraschallwelle zu senden, und zum Empfangen eines Ultraschallechos für die Ultraschallwelle; einen Verstärker zur Verstärkung eines elektrischen Signals für das Ultraschallecho; einen Analog-Digital-Umsetzer zum Umsetzen des verstärkten elektrischen Signals in ein digitales Originalsignal; eine Signalverarbeitungseinheit zum Ausführen einer Hüllkurvenextraktionsverarbeitung an dem digitalen Originalsignal und zur Erzeugung eines durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signals; und eine Steuereinheit zum Ausgeben eines Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und einem externen Objekt auf der Basis des digitalen Originalsignals und des durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signals, wobei die Steuereinheit eine Frequenz- oder Phasenänderung der Schwingung eines Wandlers des Ultraschallsensors auf der Basis des digitalen Originalsignals zumindest während einer zweiten Periode überwacht und das durch Hüllkurvenextraktion verarbeitete Signal zumindest während einer dritten Periode analysiert, sofern es eine erste Periode gibt, in der der Wandler entsprechend dem Sendeimpuls schwingt, es die zweite Periode gibt, in der der Wandler ausschwingt, nachdem aufgehört wurde, den Sendeimpuls bereitzustellen, und es die dritte Periode gibt, in der der Wandler aufhört auszuschwingen, und wobei die Steuereinheit den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem externen Objekt ausgibt, der auf der Basis einer Laufzeit zwischen einem Anfangsdetektionszeitpunkt und einem Sendezeitpunkt der Ultraschallwelle bestimmt wird, wobei der Anfangsdetektionszeitpunkt bestimmt wird, wenn die Frequenz- oder Phasenänderung des Wandlers des Ultraschallsensors erstmals während der zweiten Periode detektiert wird und das Ultraschallecho innerhalb einer vorbestimmten Zeit empfangen wird.
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In diesem Fall kann eine Frequenz des Sendeimpulses in der Mitte einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz des Wandlers liegen.
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Darüber hinaus kann eine Ausschwingfrequenz des Wandlers während der zweiten Periode einer Resonanzfrequenz des Wandlers entsprechen.
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Die Steuereinheit kann außerdem einen Speicher zum Abspeichern der Laufzeit zwischen dem Anfangsdetektionszeitpunkt und dem Sendezeitpunkt der Ultraschallwelle aufweisen.
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Die Steuereinheit kann außerdem eine Phasen- oder Frequenzänderungsdetektionseinheit aufweisen, die die Phasen- oder Frequenzänderung des Wandlers detektiert.
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Dabei kann ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes umfassen: Bereitstellen eines Sendeimpulses für den Ultraschallsensor, um eine Ultraschallwelle zu senden, und zum Empfangen eines Ultraschallechos für die Ultraschallwelle; Verstärken eines elektrischen Signals für das Ultraschallecho; Umsetzen des verstärkten elektrischen Signals in ein digitales Originalsignal; Ausführen einer Hüllkurvenextraktionsverarbeitung an dem digitalen Originalsignal und Erzeugen eines durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signals; und Ausgeben eines Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und einem externen Objekt auf der Basis des digitalen Originalsignals und des durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signals, wobei das Ausgeben des Abstands Folgendes umfasst: Überwachen einer Schwingungsfrequenz eines Wandlers des Ultraschallsensors auf der Basis des digitalen Originalsignals zumindest während einer zweiten Periode und Analysieren des durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signals zumindest während der dritten Periode, sofern es eine erste Periode gibt, in der der Wandler entsprechend dem Sendeimpuls schwingt, es die zweite Periode gibt, in der der Wandler ausschwingt, nachdem aufgehört wurde, den Sendeimpuls bereitzustellen, und es die dritte Periode gibt, in der der Wandler aufhört auszuschwingen; und Ausgeben des Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und dem externen Objekt, der auf der Basis einer Laufzeit zwischen einem Anfangsdetektionszeitpunkt und einem Sendezeitpunkt der Ultraschallwelle bestimmt wird, wobei der Anfangsdetektionszeitpunkt bestimmt wird, wenn eine Änderung der Schwingungsfrequenz des Wandlers erstmals während der zweiten Periode detektiert und das Ultraschallecho innerhalb einer vorbestimmten Dauer empfangen wird.
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In diesem Fall kann eine Frequenz der Sendeimpulse in der Mitte einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz des Wandlers liegen.
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Darüber hinaus entspricht die Schwingungsfrequenz des Wandlers während der zweiten Periode einer Resonanzfrequenz des Wandlers.
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Das Ausgeben des Abstands kann ferner das Abspeichern der Laufzeit zwischen dem Anfangsdetektionszeitpunkt und dem Sendezeitpunkt der Ultraschallwelle beinhalten.
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Die Änderung der Schwingungsfrequenz wird außerdem auf der Basis einer Phasen- oder Frequenzänderung des Wandlers erfasst.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Position des Abstands zu nahen externen Objekten präziser gemessen werden. Der Abstand zu den externen Objekten wird auf der Grundlage der Laufzeit zwischen der Übertragung der Ultraschallwellen und der Detektion eines ersten Ultraschallechos der Ultraschallwellen ausgegeben, wenn das erste Ultraschallecho der Ultraschallwellen durch die Erfassung der Frequenz- oder Phasenänderung des Wandlers des Ultraschallsensors während einer Nachhallperiode detektiert wird, in der der Wandler des Ultraschallsensors weiter schwingt, nachdem der Ultraschallsensor aufgehört hat, Ultraschallwellen zu senden und ein zweites Ultraschallecho der Ultraschallwellen innerhalb einer vorbestimmte Zeit ab dem Empfangen des ersten Ultraschallechos empfangen wird. Herkömmlicherweise war es nicht möglich, die Abstände von externen Gegenständen während der Nachhallperiode zu messen, und anschließend war der mögliche Abstandsbereich der detektierten externen Objekte auf mehr als 30 cm begrenzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch der Ultraschallsensor einen Abstand eines nahen externen Objekts von etwa 5 cm messen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt ein Blockdiagramm einer Ultraschallsensortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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2 stellt einen Graphen eines in einer Nachhallperiode empfangenen digitalen Originalsignals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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3 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Ultraschallwellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens zweimal reflektiert werden.
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4 stellt ein Diagramm dar, bei dem die Ultraschallechos gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens zweimal empfangen werden.
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5 stellt ein Beispiel für eine übertragene Ultraschallwelle und mindestens zwei mehrfach empfangene Ultraschallechos gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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6 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Antreiben eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ultraschallsensor
- 200
- Ultraschallsensortreibervorrichtung
- 220
- Verstärker
- 230
- Analog-Digital-Umsetzer
- 240
- Signalverarbeitungseinheit
- 250
- Steuereinheit
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden kann und nicht als auf die hier aufgeführten Ausführungsformen beschränkt auszulegen ist. Diese Ausführungsformen werden vielmehr so bereitgestellt, dass die vorliegende Offenbarung genau und vollständig ist, um umfassend informiert zu sein. Zu Erklärungszwecken kann auch in den Zeichnungen die Größe der Komponenten stark vergrößert oder verringert sein.
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Die nachfolgenden Ausführungsformen sind als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist allein durch die folgenden Ausführungsformen nicht beschränkt.
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1 zeigt eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Betreiben eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezug auf 1 umfasst ein Ultraschallsensortreibersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Ultraschallsensor 100 und eine Ultraschallsensortreibervorrichtung 200.
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Der Ultraschallsensor 100 weist einen Wandler auf. Der Ultraschallsensor 100 versetzt den Wandler in Schwingung entsprechend dem von der Ultraschallsensortreibervorrichtung 200 empfangenen Sendeimpuls, um Ultraschallwellen zu senden. Wenn die Echos der von einem Objekt reflektierten Ultraschallwellen den Wandler dann erneut in Schwingung versetzen, setzt der Wandler die Schwingung in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal aus. Im Allgemeinen werden das Senden und das Empfangen der Ultraschallwellen zeitlich in eine Sendeperiode und eine Empfangsperiode unterteilt, wobei das Senden und Empfangen sequentiell und wiederholt durchgeführt werden.
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Die Ultraschallsensortreibervorrichtung 200 umfasst eine Treibereinheit 210, einen Verstärker 220, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADU) 230, eine Signalverarbeitungseinheit 240 und eine Steuereinheit 250. Die Ultraschallsensortreibervorrichtung 200 analysiert die über den Wandler des Ultraschallsensors 100 empfangenen Ultraschallechos für die Ultraschallwellen, um den Abstand zu einem externen Objekt zu berechnen.
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Die Treibereinheit 210 sendet Ultraschallwellen, indem der Wandler durch das Bereitstellen von Sendeimpulsen für den Wandler in Schwingung versetzt wird. Der Ultraschallsensor 100 setzt empfangene Ultraschallechos für die gesendete Ultraschallwellen in elektrische Signale um. Der Verstärker 220 verstärkt die elektrischen Signale für die empfangenen Ultraschallechos 414 und 418. Die Treibereinheit 210 gibt Sendeimpulse aus, so dass der Wandler unter Berücksichtigung der Empfangsempfindlichkeit der gesendeten Ultraschallwellen und der empfangenen Ultraschallechos bei einer Frequenz mit einem Wert zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz des Wandlers des Ultraschallsensors 100 in Schwingung versetzt werden kann.
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Der Analog-Digital-Umsetzer 230 setzt die verstärkten Signale in dem Verstärker 220 in digitale Signale um und überträgt die digitalen Signale zur Signalverarbeitungseinheit 240. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden außerdem die von dem Analog-Digital-Umsetzer 230 umgesetzten digitalen Signale als digitale Originalsignale 232 in die Steuereinheit 250 eingegeben.
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Die Signalverarbeitungseinheit 240 ist ein Modul zum Umsetzen und Verarbeiten der Ultraschallwellen zu analytischen Signalen, die in der Steuereinheit 250 so analysiert werden können, dass das Rauschen der elektrischen Signale für die Ultraschallechos eliminiert und die Hüllkurve aus den elektrischen Signalen extrahiert wird. Die Signalverarbeitungseinheit 240 kann beispielsweise ein Bandpassfilter aufweisen, das einen bestimmten Frequenzbereich um eine Übertragungsfrequenz durch verschiedene digitale Filter filtert, eine Hüllkurvenextraktionseinrichtung, die Hüllkurvensignale aus Signalen extrahiert, die durch das Bandpassfilter geleitet werden, und/oder ein Tiefpassfilter zum Filtern des Rauschens der extrahierten Hüllkurvensignale.
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Die Steuereinheit 250 umfasst eine Phasen- und/oder Frequenzänderungsdetektionseinheit 252 und einen Speicher 254 und analysiert die durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten digitalen Signale für die Ausgabe eines Abstands zu einem externen Objekt.
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Nachfolgend wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben und anschließend der Betrieb der Steuereinheit 250 ausführlich beschrieben. Im Folgenden wird mit Bezug auf die 2 bis 5 ein Verfahren zur Abstandsmessung unter Verwendung des Ultraschallsensors der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. 2 zeigt einen Graphen digitaler Originalsignale 232 der zweiten Periode, bei der es sich um die Nachhallperiode handelt. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Reflexionen der Ultraschallsignale zwischen dem Ultraschallsensor 100 und dem externen Objekt, das an den Ultraschallsensor 100 angrenzt. 4 zeigt einen Graphen der Signale für die durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten Signale. 5 zeigt ferner ein Diagramm für die Sende- und Empfangszyklen des Ultraschallsensors 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst werden mit Bezug auf 5 eine Sendeperiode und eine Empfangsperiode der Ultraschallwellen beschrieben.
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Der Ultraschalsensor 100 wird wie in 5 gezeigt in der Sendeperiode und in der Empfangsperiode angetrieben.
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Bezugnehmend auf 5 enthalten die Sende- und Empfangsperiode eine erste Periode (t0–t1), in der der Wandler des Ultraschallsensors 100 durch Sendeimpulse der Treibereinheit 210 in Schwingung versetzt wird, eine zweite Periode (t1–t2), in der der Wandler des Ultraschallsensors 100 weiterhin in Schwingung ist (Ausschwingen), nachdem die Treibereinheit 210 aufgehört hat den Sendeimpuls bereitzustellen, eine dritte Periode (t2-bis zur Bereitstellung der nächsten Sendeimpulse durch die Treibereinheit 210), in der der Wandler aufhört auszuschwingen. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Steuerung des Ultraschallsensors 100 durch die Steuereinheit 250 in der oben beschriebenen Sende- und Empfangsperiode ausführlich beschrieben.
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Wie oben beschrieben, stellt in der ersten Periode die Treibereinheit 210 Sendeimpulse bereit, um den Wandler des Ultraschallsensors 100 in Schwingung zu versetzen, und unterbricht dann die Bereitstellung der Sendeimpulse bei Eintreten in die zweite Periode. Der Wandler schwingt dann bei der Resonanzfrequenz aus, und die Intensität des Ausschwingens wird gedämpft. Das Ausschwingen und die Dämpfung hören am Ende der zweiten Periode auf. Eine derartige Dämpfung und Ausschwingen werden als Nachhall bezeichnet. Nach der Beendigung des Nachhalls hört der Wandler auf zu schwingen, sofern nicht die Echos der übertragenen Ultraschallwellen empfangen wurden, bis die nächsten Sendeimpulse bereitgestellt werden (dritte Periode).
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Eine herkömmliche Ultraschallsensortreibervorrichtung kann empfangene Signale nicht während einer Nachhallperiode (Rufperiode) verarbeiten, da es aufgrund des Einflusses des Nachhalls in der zweiten Periode (Nachhallperiode) schwierig ist, präzise Ultraschallechos zu extrahieren. Es war somit unmöglich, während der Nachhallperiode einen Abstand zu einem externen Objekt zu messen, und es gab eine Beschränkung bei der Messung einer Position eines an den herkömmlichen Ultraschallsensor sehr nahegelegenen externen Objekts. Im Fall des an dem Fahrzeug montierten herkömmlichen Ultraschallsensors war die Messung innerhalb des Bereichs von 30 cm zu dem Ultraschallsensor nicht möglich.
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Mit Bezug auf 2 überwacht dabei die Steuereinheit 250 die digitalen Originalsignale 232, die während der zweiten Periode von dem Analog-Digital-Umsetzer 230 empfangen werden. Auch wenn der Wandler des Ultraschallsensors 100 in der ersten Periode nicht von den Sendeimpulsen bei der Resonanzfrequenz angetrieben wird, wechselt die Ausschwingfrequenz des Wandlers in der zweiten Periode rasch zur physikalischen Resonanzfrequenz des Wandlers. Wenn jedoch die Ultraschallechos der von dem externen Objekt reflektierten Ultraschallwellen in der zweiten Periode empfangen werden, wechselt die Ausschwingfrequenz des Wandlers zu einer zusammengesetzten Frequenz aus der Resonanzfrequenz und der Frequenz der Ultraschallechos der reflektierten Ultraschallwellen.
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Eine Phasen- und/oder Frequenzverschiebungsdetektionseinheit 252 detektiert einen Ausgangszeitpunkt (Tfc), an dem der Wandler beginnt, mit der zusammengesetzten Frequenz zu schwingen, wobei der Ausgangszeitpunkt als potentielle Laufzeit (TOF1) in einen Speicher 254 abgespeichert werden kann.
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Mit Bezug auf 3 werden die von dem Objekt reflektierten Ultraschallechos, wenn der Wandler so in Schwingung versetzt wird, dass Ultraschallwellen emittiert werden, wenn der Wandler und das Objekt in unmittelbarer Nähe zueinander liegen, ein wieder zweites Mal von dem Wandler reflektiert. Die von dem Wandler reflektierten Ultraschallwellen werden ein zweites Mal von dem Objekt reflektiert. Die übertragenen Ultraschallwellen werden bei der Bewegung im Raum kontinuierlich gedämpft, wobei diese sekundären Reflexionen wiederholt werden, bis sie vollständig verschwinden. Wenn das Objekt sich in einer sehr nahen Position befindet, werden somit die Ultraschallechos, auch bei einer einmaligen Übertragung der Ultraschallwellen, mindestens zweimal durch sich wiederholende gegenseitige Reflexionen empfangen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Prinzip dazu verwendet, den messbaren Abstand im Nahbereich zu erweitern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert die Steuereinheit 250 während der zweiten Periode zunächst die Ultraschallechos 414 mit dem Phasen- und/oder Frequenzänderungsdetektor 252. In diesem Fall wird der Abstand zu dem externen Objekt auf der Basis der potentiellen Laufzeit ausgegeben, bei der es sich um den von dem Phasen- und/oder Frequenzänderungsdetektor 252 detektierten Ausgangszeitpunkt handelt und die in dem Speicher 254 abgespeichert wird, wenn die Steuereinheit 250 die Ultraschallwellen 414 innerhalb einer vorbestimmten Zeit 416 empfängt (s. 4 und 5).
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Wie in 5 gezeigt, könnten die Ultraschallechos 414, wenn sie sich aufgrund der Reflexion des externen Objekts über den zweiten und dritten Zeitabschnitt erstrecken, innerhalb der vorbestimmten Zeit 416 empfangen werden. Somit kann der Abstand zu dem externen Objekt auf der Basis des Zeitpunkts (Tfc) ausgegeben werden, an dem die Frequenz- und/oder Phasenänderung der Eigenschwingung detektiert wird. Dementsprechend kann bei der Ausführungsform aus 5 die Abstand zum Objekt in der Nachhallperiode berechnet werden, ohne das Echo 418 für die sekundären reflektierten Wellen zu berücksichtigen.
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Herkömmlicherweise wurde versucht, die Flugdistanz bezogen auf die Nachhallperiode zu messen. Bei der herkömmlichen Ausgestaltung werden jedoch die meisten Signale aufgrund der Eigenschwingung des Wandlers während der Nachhallperiode herausgefiltert. Es gab beispielsweise eine herkömmliche Ausgestaltung zur Messung eines Abstands während der Nachhallperiode, bei der die Differenz zwischen Zeitpunkten der Detektion des ersten reflektierten Signals und des sekundär reflektierten Signals als Abstand ausgegeben wird, wenn die Differenz geringer ist als eine vorbestimmte Zeit. Da jedoch das sekundär reflektierte Signal eine sehr schwache Intensität hat, war es schwierig, den Abstand während der Nachhallperiode zu messen.
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Bei der vorliegenden Erfindung können jedoch die reflektierten Wellen von dem Objekt in der Nachhallperiode durch die Überwachung der Phasen- und/oder Frequenzänderung der digitalen Originalsignale 232 in der Nachhallperiode präzise detektiert werden. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von sekundären Reflektionen von nahegelegenen Objekten die Genauigkeit der Detektion von nahegelegenen Objekten stark verbessert. Auch wenn keine sekundären Reflexionen des Objekts berücksichtigt werden, ist es jedoch wie in 5 gezeigt möglich, die Laufzeit von nahegelegenen Objekten präzise zu detektieren, indem diese als nahegelegenes Objekt erkannt werden, wenn die Hüllkurve des externen Objekts innerhalb der vorbestimmten Zeit detektiert wird.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Antreiben eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben.
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6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Ultraschallsensorantriebsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ultraschallwellen werden entsprechend Sendeimpulsen 408 von dem Ultraschallsensor 100 übertragen und die Ultraschallechos 414 der Ultraschallwellen empfangen (Schritt S502).
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Der Verstärker 220 verstärkt das elektrische Signal der empfangenen Ultraschallechos 414 (Schritt S504).
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Der Analog-Digital-Umsetzer 230 setzt das verstärkte elektrische Signal in ein digitales Signal um (Schritt S506) und leitet das digitale Signal als digitales Originalsignal 232 zur Steuereinheit 250 und Signalverarbeitungseinheit 240.
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Die Signalverarbeitungseinheit 240 führt eine Hüllkurvenextraktionsverarbeitung an dem digitalen Originalsignal aus, und die Steuereinheit 250 überwacht das digitale Originalsignal 232, um zu detektieren, ob in der zweiten Periode (Nachhallperiode) eine Frequenzänderung vorliegt (Schritt S508).
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Die Steuereinheit 250 analysiert das digitale Originalsignal, um zu bestimmen, ob während der zweiten Periode eine Frequenz- und/oder Phasenänderung detektiert wurde und ein externes Objekt innerhalb einer vorbestimmten Dauer auf der Basis der extrahierten Hüllkurve detektiert wurde. Die Steuereinheit 250 erkennt den auf der Basis der Frequenz- und/oder Phasenänderung berechneten Abstand als effektiven Abstand und gibt den effektiven Abstand zum externen Objekt aus (Schritt S510).
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Unter der Voraussetzung, dass es eine erste Periode (t0–t1) gibt, in der der Wandler des Ultraschallsensors 100 entsprechend den von der Treibereinheit 210 bereitgestellten Sendeimpulsen in Schwingung versetzt wird, es eine zweite Periode (t1–t2) gibt, in der der Wandler des Ultraschallsensors 100 weiterhin in Schwingung ist (Ausschwingen), nachdem die Treibereinheit 210 aufgehört hat den Sendeimpuls bereitzustellen, und es eine dritte Periode (t2-bis zur Bereitstellung der nächsten Sendeimpulse durch die Treibereinheit 210) gibt, in der der Wandler aufhört auszuschwingen, umfasst der Schritt S510 zum Ausgeben des effektiven Abstands zu dem externen Objekt den Schritt, bei dem die digitalen Originalsignale während der zweiten Periode analysiert werden, und den Schritt, bei dem die durch Hüllkurvenextraktion verarbeiteten digitalen Signale während der dritten Periode analysiert werden.
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Wenn eine Frequenz- und/oder Phasenänderung während der zweiten Periode vorliegt und die Ultraschallechos 414 innerhalb der vorbestimmten Zeit detektiert werden, erkennt die Steuereinheit 250 den auf der Basis der Frequenz- und/oder Phasenänderung berechneten Abstand als effektiven Abstand und gibt den effektiven Abstand zum externen Objekt aus.
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Für den Fall, dass die Phasen- und/oder Frequenzänderung des Wandlers während einer Nachhallperiode zunächst während einer Nachhallperiode detektiert wird, in der der Wandler des Ultraschallsensors 100 weiterhin in Schwingung ist (Ausschwingen), nachdem die Treibereinheit 210 aufgehört hat den Sendeimpuls bereitzustellen, und die Ultraschallechos innerhalb der vorbestimmten Zeit empfangen werden, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Position des angrenzenden externen Objekts präziser zu messen, indem der Abstand zu externen Objekten auf der Basis der Laufzeit ausgegeben wird, welche auf der Basis der Anfangsdetektionszeit und dem Sendezeitpunkt der Ultraschallwellen berechnet wird. Da es nicht möglich war, den Abstand des Objekts in der Nachhallperiode zu messen, konnten in der Vergangenheit lediglich Objekte mit einem Abstand von mehr als 30 cm zu dem Ultraschallsensor detektiert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, externe Objekte mit einem Abstand von etwa 5 cm zu detektieren.
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Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich dem beschrieben wurde, was derzeit als durchführbare beispielhafte Ausführungsformen betrachtet wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil zu verstehen ist, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Änderungen und ähnliche Elemente umfassen soll. Dementsprechend ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht als auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt auszulegen, und es ist zu verstehen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht nur die Ansprüche der nachfolgenden Patentansprüche, sondern auch deren Entsprechungen umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2016-0115880 [0001]
- KR 10-2005-0006750 [0007]
