DE102017128837A1 - Method for determining a functional state of an ultrasound sensor, wherein a voltage is detected, and ultrasound sensor device with an ultrasound sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors (5a) einer Ultraschallsensorvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1), wobei ein Schallwandlerelement (11) des Ultraschallsensors (5a) mit einem elektrischen Prüfsignal (P) angeregt wird, wobei das elektrische Prüfsignal (P) durch eine elektrische Stromstärke (I), eine elektrische Spannung (V) und eine Frequenz (f) definiert ist, und der Funktionszustand abhängig von einem Auswerten des elektrischen Prüfsignals (P) bestimmt wird, wobei das Schallwandlerelement (11) mit einem elektrischem Prüfsignal (P) angeregt wird, welches eine vorgegebene bekannte elektrische Stromstärke (I) aufweist und welche frequenzmoduliert wird, und eine von diesem elektrischen Prüfsignal (P) abhängige elektrische Spannung (V) am Schallwandlerelement (11) erfasst wird und abhängig von der erfassten Spannung (V)) zumindest ein Wert eines den Ultraschallsensor (5a) elektrisch charakterisierender Parameters bestimmt wird, welcher mit einem Wert eines einen Referenzultraschallsensor elektrisch charakterisierenden Referenzparameters verglichen wird und abhängig von dem Vergleich der Funktionszustand des Ultraschallsensors (5a) bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung (5).

Figure DE102017128837A1_0000
The invention relates to a method for determining a functional state of an ultrasonic sensor (5a) of an ultrasonic sensor device (5) for a motor vehicle (1), wherein a sound transducer element (11) of the ultrasonic sensor (5a) is excited with an electrical test signal (P), wherein the electrical Test signal (P) by an electrical current (I), an electrical voltage (V) and a frequency (f) is defined, and the functional state depending on an evaluation of the electrical test signal (P) is determined, wherein the sound transducer element (11) an electrical test signal (P) is excited, which has a predetermined known electrical current strength (I) and which is frequency modulated, and one of this electrical test signal (P) dependent electrical voltage (V) is detected at the sound transducer element (11) and depending on the detected voltage (V)) at least one value of the ultrasonic sensor (5a) electrically characterizing Paramet It is determined, which is compared with a value of a reference ultrasonic sensor electrically characterizing reference parameter and is determined depending on the comparison of the functional state of the ultrasonic sensor (5a). Furthermore, the invention relates to an ultrasonic sensor device (5).
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Der Ultraschallsensor ist zum Aussenden eines Ultraschallsignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder zum Empfangen eines Echosignals des Ultraschallsignals ausgebildet. Ein Schallwandlerelement des Ultraschallsensors wird mit einem elektrischen Prüfsignal angeregt, wobei das elektrische Prüfsignal durch eine elektrische Stromstärke, eine elektrische Spannung und eine Frequenz definiert ist. Der Funktionszustand wird abhängig von einem Auswerten des elektrischen Prüfsignals bestimmt. Ferner betrifft die Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung mit zumindest einem Ultraschallsensor.The invention relates to a method for determining a functional state of an ultrasonic sensor of an ultrasonic sensor device for a motor vehicle. The ultrasonic sensor is designed to emit an ultrasonic signal in an environment of the motor vehicle and / or to receive an echo signal of the ultrasonic signal. A sound transducer element of the ultrasonic sensor is excited with an electrical test signal, wherein the electrical test signal is defined by an electrical current, an electrical voltage and a frequency. The functional state is determined depending on an evaluation of the electrical test signal. Furthermore, the invention relates to an ultrasonic sensor device with at least one ultrasonic sensor.

Ultraschallsensoren an Kraftfahrzeugen sind insbesondere zur Distanzmessung von Objekten ausgebildet. Bei Ultraschallsensoren findet insbesondere eine elektro-akustische Energiewandlung statt. Unabhängig vom physikalischen Prinzip dieser Energiewandlung, das unter anderem mechanisch-induktiver, mechanisch-kapazitiver, mechanisch-restriktiver, magnetisch-restriktiver oder elektrostriktiver Natur sein kann, besteht bei jedem energiewandelnden Element die Möglichkeit, intern oder extern induzierten Veränderungen ausgesetzt zu sein, die je nach Stärke zu einer Verfälschung des Messergebnisses oder einem kompletten Sensor-Ausfall führen können. Im Stand der Technik wird ein solcher Sensor-Ausfall meist durch Plausibilitätsüberprüfungen von dem sensorbetriebenen System festgestellt. Sensor-Veränderungen dagegen werden nicht detektiert.Ultrasonic sensors on motor vehicles are designed in particular for the distance measurement of objects. In ultrasonic sensors, in particular, an electro-acoustic energy conversion takes place. Regardless of the physical principle of this energy conversion, which may be, among others, mechanical-inductive, mechanical-capacitive, mechanical-restrictive, magnetic-restrictive or electrostrictive nature, each energy-transforming element has the potential to undergo internally or externally induced changes ever strength can lead to a falsification of the measurement result or a complete sensor failure. In the prior art, such a sensor failure is mostly detected by plausibility checks by the sensor-driven system. Sensor changes, however, are not detected.

Die DE 10 2014 115 000 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in einem Messbetrieb zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ein Wandler eines Ultraschallsensors zum Aussenden eines Ultraschallsignals mittels einer Sendestufe mit einem Sendesignal angeregt wird. Mittels einer Empfangsstufe wird anhand eines von dem Wandler erzeugten Signals ein Messsignal bereitgestellt. Während des Messbetriebs wird mittels einer Diagnoseeinrichtung eine Funktionsfähigkeit der Ultraschallsensorvorrichtung anhand des Sendesignals und/oder des Messsignals überprüft. Im Stand der Technik wird anhand des ausgesendeten Ultraschallsignals und des empfangenen Echosignals auf die Funktionsfähigkeit des Ultraschallsensors geschlossen. Nachteilig hierbei ist, dass insbesondere das Ultraschallsignal und das Echosignal von Umwelteinflüssen abhängig sind, sodass eine genaue Diagnose des Ultraschallsensors auf Basis des ausgesendeten Ultraschallsignals und des empfangenen Echosignals mit Fehlern behaftet ist.The DE 10 2014 115 000 A1 discloses a method for operating an ultrasonic sensor device of a motor vehicle, in which in a measuring operation for detecting an object in an environmental region of the motor vehicle, a transducer of an ultrasonic sensor for emitting an ultrasonic signal by means of a transmission stage is excited with a transmission signal. By means of a receiving stage, a measuring signal is provided based on a signal generated by the transducer. During the measuring operation, a functionality of the ultrasonic sensor device is checked by means of a diagnostic device on the basis of the transmission signal and / or the measurement signal. In the prior art, it is concluded on the basis of the emitted ultrasonic signal and the received echo signal on the functioning of the ultrasonic sensor. The disadvantage here is that, in particular, the ultrasound signal and the echo signal are dependent on environmental influences, so that an accurate diagnosis of the ultrasound sensor based on the emitted ultrasound signal and the received echo signal is subject to errors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung, mittels welchem beziehungsweise mittels welcher zumindest ein Funktionszustand des Ultraschallsensors besser bestimmt werden kann.The object of the present invention is to provide a method and an ultrasonic sensor device by means of which or by means of which at least one functional state of the ultrasonic sensor can be better determined.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a method, an ultrasonic sensor device and a motor vehicle according to the independent claims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Der Ultraschallsensor ist zum Aussenden eines Ultraschallsignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder zum Empfangen eines Echosignals des Ultraschallsignals ausgebildet. Ein Schallwandlerelement des Ultraschallsensors wird mit einem elektrischen Prüfsignal angeregt. Das elektrische Prüfsignal wird durch eine elektrische Stromstärke, eine elektrische Spannung und eine Frequenz definiert. Der Funktionszustand wird abhängig von einem Auswerten des elektrischen Prüfsignals bestimmt.One aspect of the invention relates to a method for determining a functional state of an ultrasonic sensor of an ultrasonic sensor device for a motor vehicle. The ultrasonic sensor is designed to emit an ultrasonic signal in an environment of the motor vehicle and / or to receive an echo signal of the ultrasonic signal. A sound transducer element of the ultrasonic sensor is excited with an electrical test signal. The electrical test signal is defined by an electrical current, an electrical voltage and a frequency. The functional state is determined depending on an evaluation of the electrical test signal.

Das Schallwandlerelement wird mit einem elektrischen Prüfsignal angeregt, welches eine vorgegebene bekannte elektrische Stromstärke aufweist und welches frequenzmoduliert wird. Eine von diesem elektrischen Prüfsignal abhängige elektrische Spannung wird am Schallwandlerelement erfasst und abhängig von der erfassten Spannung zumindest ein Wert eines den Ultraschallsensor elektrisch charakterisierender Parameters bestimmt wird, welcher mit einem Wert eines einen Referenzultraschallsensor elektrisch charakterisierenden Referenzparameterwert verglichen wird und abhängig von dem Vergleich der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt.The sound transducer element is excited with an electrical test signal having a predetermined known electric current and which is frequency modulated. An electrical voltage which depends on this electrical test signal is detected at the sound transducer element and, depending on the detected voltage, at least one value of a parameter electrically characterizing the ultrasonic sensor is determined, which is compared with a value of a reference parameter value electrically characterizing a reference ultrasound sensor and depending on the comparison the functional state of Ultrasonic sensor determined.

Dazu wird ein elektrisches Prüfsignal erzeugt, welches an den Ultraschallsensor angelegt wird, wobei zumindest eine durch das elektrische Prüfsignal beeinflusste Spannung des Ultraschallsensors ausgewertet wird. Abhängig von dieser Auswertung wird ein den Ultraschallsensor elektrisch charakterisierender Parameterwert des Ultraschallsensors bestimmt, die mit einem einen Referenzultraschallsensor elektrisch charakterisierenden Referenzparameterwert verglichen wird. Abhängig von dem Vergleich wird der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt. Die bekannte Stromstärke kann variabel sein, jedoch vorzugsweise konstant.For this purpose, an electrical test signal is generated, which is applied to the ultrasonic sensor, wherein at least one of the electrical test signal influenced voltage of the ultrasonic sensor is evaluated. Depending on this evaluation, a parameter value of the ultrasonic sensor that electrically characterizes the ultrasonic sensor is determined, which is compared with a reference parameter value that electrically characterizes a reference ultrasound sensor. Depending on the comparison, the functional state of the ultrasonic sensor is determined. The known current intensity can be variable, but preferably constant.

Insbesondere kann dadurch der Funktionszustand des Ultraschallsensors direkt und somit nicht, durch beispielsweise Umwelteinflüsse verfälscht, bestimmt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, eine genauere Bestimmung des Funktionszustands des Ultraschallsensors durchzuführen, so dass der Ultraschallsensor nicht nur auf Ausfall beziehungsweise Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann, sondern auch weitere Funktionszustände wie beispielsweise ein Verschmutzungsgrad beziehungsweise ein Vereisungsgrad des Ultraschallsensors bestimmt werden kann.In particular, the functional state of the ultrasonic sensor can thus be determined directly and thus not falsified by, for example, environmental influences. In particular, this makes it possible to carry out a more accurate determination of the functional state of the ultrasonic sensor, so that the Ultrasonic sensor can not only be checked for failure or functionality, but also other functional conditions such as a degree of contamination or a degree of icing of the ultrasonic sensor can be determined.

Die Bestimmung des Funktionszustands wird somit sensorintern durchgeführt, was auch bedeutet, dass für diese Funktionsprüfung kein auszuwertendes Echosignal empfangen werden muss.The determination of the functional state is thus performed inside the sensor, which also means that no echo signal to be evaluated has to be received for this functional test.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für die Ultraschallsensorvorrichtung ein Funktionszustandsbestimmungsmodell bereitgestellt wird.In particular, it can be provided that a functional state determination model is provided for the ultrasound sensor device.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nach einer Bestimmung eines Funktionszustands eine entsprechende Maßnahme durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei einem Defekt des Ultraschallsensors ein Warnhinweis erzeugt werden, so dass eine Person im Kraftfahrzeug darauf hingewiesen wird, dass der Ultraschallsensor zumindest in seiner Funktionalität eingeschränkt ist. Ebenfalls möglich ist, dass bei einer erkannten Vereisung des Ultraschallsensors beispielsweise ein Heizelement des Ultraschallsensors angesteuert wird, um die Vereisung zu entfernen. Sollte, beispielsweise aufgrund von Alterung einer Keramik eines Piezo-Ultraschallwandlers, nicht mehr der erforderliche Schalldruck bei einer bestimmten Leistung erbracht werden können, so kann durch eine Steuerungseinrichtung des Ultraschallwandlers beispielsweise die Leistung entsprechend erhöht werden, so dass ein zuverlässiger Weiterbetrieb des Ultraschallsensors dennoch realisiert werden kann.In particular, it can be provided that after a determination of a functional state, a corresponding measure is carried out. For example, in the case of a defect in the ultrasonic sensor, a warning message can be generated so that a person in the motor vehicle is informed that the ultrasonic sensor is at least limited in its functionality. It is also possible that when a detected icing of the ultrasonic sensor, for example, a heating element of the ultrasonic sensor is driven to remove the icing. If, for example due to aging of a ceramic of a piezoelectric ultrasonic transducer, the required sound pressure at a certain power can no longer be provided, the power can be correspondingly increased by a control device of the ultrasonic transducer, so that a reliable further operation of the ultrasonic sensor can still be realized can.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromstärke des elektrischen Prüfsignals gemessen wird und auf einen Sollwert eingestellt beziehungsweise geregelt wird. Es findet dann zeitgleich die Erfassung der Spannung am Schallwandlerelement statt. Die Spannung kann dann insbesondere an eine Auswerteeinheit übertragen werden, die zur Bestimmung des Funktionszustands des Schallwandlerelements, beispielsweise durch Extraktion der elektrischen Parameter, verwendet wird. Alternativ kann dies aber auch von der sensorinternen Signalverarbeitung mittels einer sensorinternen Auswerteeinrichtung durchgeführt werden. Bei dem Schallwandlerelement kann es sich insbesondere um ein Piezoelement handeln.In particular, it may be provided that the current intensity of the electrical test signal is measured and set or regulated to a desired value. At the same time, the voltage is detected at the sound transducer element. The voltage can then be transmitted in particular to an evaluation unit, which is used to determine the functional state of the sound transducer element, for example by extraction of the electrical parameters. Alternatively, however, this can also be carried out by the sensor-internal signal processing by means of a sensor-internal evaluation device. The sound transducer element may in particular be a piezoelectric element.

Aus den extrahierten Parametern kann nun auf den Zustand der elektrischen Schaltung und des Schallwandlerelements geschlossen werden. So können zum Bespiel Einflüsse wie Temperatur, Verschmutzung, Vereisung, Blindheit, Einbaufehler, Alterung oder andere Beeinträchtigungen von der Ultraschallsensoreinrichtung beziehungsweise auch der ultraschallsensorinternen Elektronik erkannt werden und dementsprechend Kompensationsmaßnahmen an den Parametern, wie beispielsweise Sendestrom, der Empfangsverstärkung, der Sendefrequenz, Empfangsfilter, Anregepulsdauer etc. mit oder ohne Information für den Fahrer der Systemdegeneration eingeleitet werden.From the extracted parameters can now be concluded that the state of the electrical circuit and the sound transducer element. For example, influences such as temperature, contamination, icing, blindness, installation errors, aging or other impairments can be detected by the ultrasound sensor device or the ultrasound sensor internal electronics and accordingly compensatory measures on the parameters, such as transmission current, the reception gain, the transmission frequency, reception filter, pulse duration etc. with or without information to the driver of the system degeneration.

Ferner kann vorgesehen sein, das eine Information zumindest eines weiteren Sensors, wie beispielsweise eines Temperatursensors und/oder eines Luftfeuchtigkeitssensors und/oder weitere Sensordaten mit bei der Funktionszustandsbestimmung berücksichtigt werden. Der zumindest eine weitere Sensor kann Teil des Ultraschallsensors und/oder der Ultraschallsensorvorrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs sein.Furthermore, provision can be made for the information of at least one further sensor, such as a temperature sensor and / or a humidity sensor and / or further sensor data, to be taken into account in the functional state determination. The at least one further sensor may be part of the ultrasound sensor and / or the ultrasound sensor device and / or of the motor vehicle.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, wenn das Verfahren bei einer Mehrzahl von Betriebsarten des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Somit kann realisiert werden, dass die Bestimmung des Funktionszustands bei mehreren Betriebsarten des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Somit kann insbesondere der Ultraschallsensor zuverlässig und funktionssicher auch im Fahrbetrieb und weiteren Betriebsarten betrieben werden.It can preferably be provided that the method can be carried out in a plurality of operating modes of the motor vehicle, in particular during the driving operation of the motor vehicle. Thus, it can be realized that the determination of the functional state can be carried out in a plurality of operating modes of the motor vehicle. Thus, in particular, the ultrasonic sensor can be reliably and functionally operated while driving and other modes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird durch den elektrisch charakterisierenden Parameter eine Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors definiert. Die Ultraschallsensor-Übertragungsfunktion beschreibt insbesondere die mathematische Beziehung zwischen dem Ein-und dem Ausgangssignal des Ultraschallsensors. Insbesondere werden somit die elektro-mechanischen Eigenschaften des Ultraschallsensors beschrieben. Mittels der Übertragungsfunktion kann für ein beliebig frequenzmoduliertes Eingangssignal das entsprechende Ausgangssignal, das heißt die Reaktion des Ultraschallsensors auf das frequenzmodulierte Eingangssignal, bestimmt werden. Da insbesondere die Ultraschallsensoren im Resonanzbetrieb betrieben werden, ist die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors in der Nähe der Resonanzfrequenz von besonderer Bedeutung.In an advantageous embodiment, a transfer function of the ultrasonic sensor is defined by the electrically characterizing parameter. In particular, the ultrasonic sensor transfer function describes the mathematical relationship between the input and output signals of the ultrasonic sensor. In particular, the electro-mechanical properties of the ultrasonic sensor are thus described. By means of the transfer function, the corresponding output signal, that is to say the reaction of the ultrasonic sensor to the frequency-modulated input signal, can be determined for an arbitrarily frequency-modulated input signal. In particular, since the ultrasonic sensors are operated in resonance mode, the transfer function of the ultrasonic sensor in the vicinity of the resonance frequency is of particular importance.

Weiterhin bevorzugt ist, wenn durch den Referenzultraschallsensor charakterisierenden Referenzparameter eine Referenz-Übertragungsfunktion definiert wird und/oder Parameterwerte eines die Referenz-Übertragungsfunktion ergebenden ReferenzUltraschallsensors für eine Mehrzahl an potentiellen Funktionszuständen auf einem Speichermedium der Ultraschallsensorvorrichtung abgespeichert werden. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann eine hohe Genauigkeit der Funktionszustandsbestimmung realisiert werden. Insbesondere können dann unterschiedliche Umwelteinflüsse, Alterungseinflüsse beziehungsweise Sensoreinflüsse beziehungsweise die Veränderung der Übertragungsfunktion aufgrund dieser Einflüsse mit auf dem Speichermedium abgespeichert werden, sodass für eine Vielzahl von potentiellen Situationen im Alltag der Funktionszustand des Ultraschallsensors präzise bestimmt werden kann. Dadurch lässt sich insbesondere der Ultraschallsensor sicher und zuverlässig betreiben.It is further preferred if a reference transfer function is defined when the reference parameter characterizing the reference ultrasound sensor and / or parameter values of a reference ultrasound sensor resulting in the reference transfer function are stored on a storage medium of the ultrasound sensor device for a plurality of potential functional states. By means of this embodiment, a high accuracy of the functional state determination can be realized. In particular, then different environmental influences, aging influences or sensor influences or the change in the transfer function due to these influences are stored on the storage medium, so that the functional state of the ultrasonic sensor can be precisely determined for a variety of potential situations in everyday life. As a result, in particular the ultrasonic sensor can be operated safely and reliably.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann ein elektrisches Modell beziehungsweise ein Ersatzschaltbild des Ultraschallsensors mit einer Mehrzahl von elektrischen Bauelementen erzeugt werden, wobei das elektrische Modell den mechanischen Ultraschallsensors elektrisch beschreibt, wobei Parameterwerte des elektrischen Modells durch der den Ultraschallsensor (5a) elektrisch charakterisierender Parameterwert charakterisiert werden. Insbesondere kann dann durch einen Vergleich der Mehrzahl von elektrischen Bauelementen mit einer Mehrzahl von elektrischen Bauelementen, die den Referenzultraschallwandler elektrisch beschreiben, der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden. Dadurch kann auf einfache und genaue Weise eine Quantifizierung des Funktionszustands des Ultraschallsensors auf Basis von elektrischen Bauelementen durchgeführt werden.According to a further advantageous embodiment, an electrical model or an equivalent circuit diagram of the ultrasound sensor can be generated with a plurality of electrical components, the electrical model electrically describing the mechanical ultrasound sensor, wherein parameter values of the electrical model by the ultrasound sensor (FIG. 5a ) electrically characterizing parameter value. In particular, by comparing the plurality of electrical components with a plurality of electrical components that electrically describe the reference ultrasound transducer, the functional state of the ultrasound sensor can then be determined. As a result, a quantification of the functional state of the ultrasound sensor based on electrical components can be carried out in a simple and accurate manner.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das elektrische Modell des Ultraschallsensors und/oder des Referenzultraschallsensors durch einen ersten Kondensator, einen zum ersten Kondensator separaten zweiten Kondensator, einer ersten Induktivität, einer zu ersten Induktivität separaten zweiten Induktivität, einen ersten ohmschen Widerstand und einen zum ersten ohmschen Widerstand separaten zweiten ohmschen Widerstand gebildet wird, wobei der erste Kondensator, die erste Induktivität und der erste ohmsche Widerstand in Serie verschaltet werden und der zweite Kondensator, die zweite Induktivität und der zweite ohmsche Widerstand jeweilig parallel zu der Serienschaltung geschaltet werden. Dadurch ist mittels eines einfachen Ersatzschaltbilds der Ultraschallsensor ausreichend genau beschrieben. Bei den elektrischen Bauelementen dieses Ersatzschaltbilds handelt es sich um einfache elektrische Bauelemente, deren Werte einfach bestimmt werden können, wodurch auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors einfach Rückschluss gezogen werden kann. Dadurch, dass sich jedes der elektrischen Bauelemente elektrisch unterschiedlich verhält, kann somit eine Vielzahl von Funktionszuständen, welche abhängig ist von einer Vielzahl von Einflüssen, des Ultraschallsensors abgebildet werden, so dass eine präzise Bestimmung des aktuellen Funktionszustands des Ultraschallsensors realisiert werden kann. Ebenfalls kann durch das vorliegende Modell eine Überprüfung der Steuerungselektronik, welche beispielsweise zum Auswerten der gesendeten und empfangenen Ultraschallsignale ausgebildet ist und beispielsweise auf einer Leiterplatte des Ultraschallsensors angeordnet sein kann, durchgeführt werden.It is also advantageous if the electrical model of the ultrasonic sensor and / or the reference ultrasound sensor by a first capacitor, a second capacitor separate from the first capacitor, a first inductance, a first inductor to separate second inductance, a first ohmic resistance and the first ohmic resistance a separate second ohmic resistor is formed, wherein the first capacitor, the first inductor and the first ohmic resistor are connected in series and the second capacitor, the second inductance and the second ohmic resistance are respectively connected in parallel with the series circuit. As a result, the ultrasonic sensor is described with sufficient accuracy by means of a simple equivalent circuit diagram. The electrical components of this equivalent circuit diagram are simple electrical components whose values can be easily determined, as a result of which it is easy to draw conclusions about the functional state of the ultrasonic sensor. Because each of the electrical components behaves electrically differently, a multiplicity of functional states, which is dependent on a large number of influences, of the ultrasound sensor can thus be imaged, so that a precise determination of the current functional state of the ultrasound sensor can be realized. Likewise, by means of the present model, a check of the control electronics, which is designed, for example, for evaluating the transmitted and received ultrasound signals and can be arranged, for example, on a printed circuit board of the ultrasound sensor, can be carried out.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn eine physikalische Kapazität des Ultraschallsensors mittels des zweiten Kondensators, eine mechanische Nachgiebigkeit einer Membran des Ultraschallsensors mittels des ersten Kondensators, eine bewegende Masse der Membran durch die erste Induktivität und eine Dämpfung des Schallsignals mittels des ohmschen Widerstands beschrieben werden. Insbesondere kann mittels der physikalischen Kapazität, der mechanischen Nachgiebigkeit, der bewegenden Masse und der Dämpfung der zumindest eine Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden. Beispielsweise kann mittels einer Änderung des zweiten Kondensators, sprich der physikalischen Kapazität, ein Defekt der Piezo-Keramik bestimmt werden. Beispielsweise bei der Verringerung der zweiten Kapazität des zweiten Kondensators kann ein solcher Defekt vorliegen.It has also proved to be advantageous if a physical capacity of the ultrasonic sensor by means of the second capacitor, a mechanical compliance of a membrane of the ultrasonic sensor by means of the first capacitor, a moving mass of the membrane by the first inductance and a damping of the sound signal by means of the ohmic resistance described become. In particular, the at least one functional state of the ultrasonic sensor can be determined by means of the physical capacitance, the mechanical compliance, the moving mass and the damping. For example, a defect of the piezoelectric ceramic can be determined by means of a change of the second capacitor, that is to say the physical capacitance. For example, in the reduction of the second capacitor of the second capacitor may be such a defect.

Insbesondere beschreiben der erste Kondensator, die erste Induktivität und der erste ohmsche Widerstand das elektro-akustische Modell der Schallwandlung des Ultraschallsensors. Bei einer Veränderung der Kapazität des ersten Kondensators, mit anderen Worten der mechanischen Nachgiebigkeit bzw. dem Reziprokwert der Steifigkeit, kann beispielsweise auf eine Vereisung des Ultraschallsensors geschlossen werden, da die Nachgiebigkeit nachlässt, sobald Eis auf einer Membran des Ultraschallsensors ist. Insbesondere bei Eis auf der Membran ändert sich ebenfalls die sich bewegende Masse der Membran, welche durch die erste Induktivität dargestellt ist, sodass insbesondere bei Eis sich auch die erste Induktivität ändert. Ebenfalls möglich ist, dass bei Verschmutzung des Ultraschallsensors, mit anderen Worten ist Schmutz auf der Membran des Ultraschallsensors, eine zusätzliche Masse auf der Membran des Ultraschallsensors angeordnet ist, sodass sich hier ebenfalls die erste Induktivität verändert. Durch den ersten ohmschen Widerstand ist insbesondere die Dämpfung des Ultraschallsignals in der Umgebung erfassbar, wobei die Dämpfung insbesondere durch eine Luftschalldämpfung stattfindet, welche insbesondere abhängig von einer Außentemperatur und einer Luftfeuchtigkeit ist.In particular, the first capacitor, the first inductance and the first ohmic resistance describe the electro-acoustic model of the sound conversion of the ultrasonic sensor. By changing the capacitance of the first capacitor, in other words the mechanical compliance or the reciprocal of the stiffness, it is possible, for example, to conclude that the ultrasonic sensor is frozen, because the yield decreases as soon as ice is on a membrane of the ultrasonic sensor. In particular, with ice on the membrane, the moving mass of the membrane, which is represented by the first inductance, also changes, so that in particular in the case of ice, the first inductance also changes. It is also possible that when contamination of the ultrasonic sensor, in other words dirt on the membrane of the ultrasonic sensor, an additional mass is disposed on the membrane of the ultrasonic sensor, so that here also the first inductance changes. The first ohmic resistance in particular the attenuation of the ultrasonic signal in the environment can be detected, the attenuation takes place in particular by an airborne sound attenuation, which is particularly dependent on an outside temperature and humidity.

Bevorzugt können jeweilige Parameterwerte der ersten Kapazität, der zweiten Kapazität, der ersten Induktivität, der zweiten Induktivität, des ersten ohmschen Widerstands und des zweiten ohmschen Widerstands des Ultraschallsensors mittels einer Parameterwertanpassung, insbesondere mittels einer numerischen Optimierung, derart bestimmt werden, dass sich mit diesen angepassten Parameterwerten eine Übertragungsfunktion modellmäßig ergibt. Insbesondere mittels eines Parameterfits, welches die Parameteranpassung ist, in Form der numerischen Optimierung des Parameterfits ist es sehr einfach möglich, die Parameterwerte der entsprechenden elektrischen Bauelemente zu bestimmen, wodurch sich schnell und einfach der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmen lässt.Preferably, respective parameter values of the first capacitance, the second capacitance, the first inductance, the second inductance, the first ohmic resistance and the second ohmic resistance of the ultrasonic sensor can be determined by means of a parameter value adjustment, in particular by means of a numerical optimization, such that they match Parameter values gives a transfer function model. In particular by means of a Parameterfits, which the parameter adaptation is, in the form of the numerical optimization of the parameter fit, it is very easy to determine the parameter values of the corresponding electrical components, whereby the functional state of the ultrasonic sensor can be determined quickly and easily.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Schallwandlerelement mittels eines positiven Frequenzchirps als elektrisches Prüfsignal angeregt werden. Bei einem positiven Frequenzchirp handelt es sich um ein frequenzmoduliertes Signal, welches insbesondere von einer niedrigen Frequenz auf eine hohe Frequenz zeitlich moduliert wird. Durch den Einsatz des positiven Frequenzchirps als elektrisches Prüfsignal kann somit ein zuverlässiges Prüfsignal bereitgestellt werden, sodass die abhängigen Spannungen zuverlässig bei mehreren Frequenzen überprüft werden kann und somit auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors zuverlässig ein Rückschluss gezogen werden kann.According to an advantageous embodiment, the sound transducer element can be excited by means of a positive frequency chirp as an electrical test signal. A positive frequency chirp is a frequency-modulated signal, which is modulated in time, in particular from a low frequency to a high frequency. By using the positive frequency chirp as an electrical test signal, a reliable test signal can thus be provided, so that the dependent voltages can be reliably checked at several frequencies and thus a conclusion can be drawn reliably on the functional state of the ultrasonic sensor.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt wird. Das Frequenzband ist insbesondere durch vorgegebene Grenzen definiert. Insbesondere weist das Frequenzband eine untere Grenze und eine obere Grenze auf. Da insbesondere der Ultraschallsensor innerhalb eines Frequenzbands betrieben wird, ist es somit vorteilhaft, lediglich in diesem Frequenzband die Spannung zu prüfen, um so den Funktionszustand insbesondere um die Resonanzfrequenz herum, bestimmen zu können.Furthermore, it is advantageous if the excitation with the positive frequency chirp is performed by frequencies of a same frequency band. The frequency band is defined in particular by predetermined limits. In particular, the frequency band has a lower limit and an upper limit. Since, in particular, the ultrasound sensor is operated within a frequency band, it is thus advantageous to check the voltage only in this frequency band so as to be able to determine the functional state, in particular around the resonant frequency.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird. Dadurch kann realisiert werden, dass der Ultraschallsensor auch über die Arbeitsfrequenzen hinweg, insbesondere über die Resonanzfrequenz hinweg, überprüft werden kann. Somit kann ein umfänglicheres Gesamtbild des Funktionszustands des Ultraschallsensors realisiert werden.It has also proved to be advantageous if the excitation with the positive frequency chirp is performed by frequencies of at least two different frequency bands. As a result, it can be realized that the ultrasonic sensor can also be checked over the operating frequencies, in particular over the resonance frequency. Thus, a more complete overall picture of the functional state of the ultrasonic sensor can be realized.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schallwandlerelement mittels eines negativen Frequenzchirps als elektrisches Prüfsignal angeregt wird. Beim negativen Frequenzchirp handelt es sich um ein frequenzmoduliertes Signal, dessen Frequenz von einer hohen Frequenz auf eine niedrigere Frequenz über die Zeit hinweg moduliert wird. Somit kann über einen größeren Frequenzbereich der Ultraschallsensor zu seinem Funktionszustand überprüft werden. Des Weiteren können somit unterschiedliche Spannungen zu unterschiedlichen Frequenzen bestimmt werden, sodass zuverlässig der Funktionszustand bestimmt werden kann.Furthermore, it has proved to be advantageous if the sound transducer element is excited by means of a negative frequency chirp as an electrical test signal. The negative frequency chirp is a frequency modulated signal whose frequency is modulated from a high frequency to a lower frequency over time. Thus, the ultrasonic sensor can be checked for its functional state over a larger frequency range. Furthermore, thus different voltages can be determined at different frequencies, so that the functional state can be reliably determined.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt wird. Das Frequenzband ist insbesondere durch vorgegebene Grenzen definiert. Insbesondere weist das Frequenzband eine untere Grenze und eine obere Grenze auf. Da insbesondere der Ultraschallsensor innerhalb eines Frequenzbands betrieben wird, ist es somit vorteilhaft, lediglich in diesem Frequenzband die Spannung zu prüfen, um so den Funktionszustand insbesondere um die Resonanzfrequenz herum, bestimmen zu können.It has also proved to be advantageous if the excitation with the negative frequency chirp is performed by frequencies of a same frequency band. The frequency band is defined in particular by predetermined limits. In particular, the frequency band has a lower limit and an upper limit. Since, in particular, the ultrasound sensor is operated within a frequency band, it is thus advantageous to check the voltage only in this frequency band so as to be able to determine the functional state, in particular around the resonant frequency.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird. Dadurch kann realisiert werden, dass der Ultraschallsensor auch über die Arbeitsfrequenzen hinweg, insbesondere über die Resonanzfrequenz hinweg, überprüft werden kann. Somit kann ein umfänglicheres Gesamtbild des Funktionszustands des Ultraschallsensors realisiert werden.It is furthermore advantageous if the excitation with the negative frequency chirp is performed by frequencies of at least two different frequency bands. As a result, it can be realized that the ultrasonic sensor can also be checked over the operating frequencies, in particular over the resonance frequency. Thus, a more complete overall picture of the functional state of the ultrasonic sensor can be realized.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Schallwandlerelement mittels zweier elektrischer Prüfsignale angeregt werden, wobei ein erstes elektrisches Prüfsignal unterschiedlich frequenzmoduliert ist als das zweite elektrische Prüfsignal. Insbesondere kann es sich beispielsweise bei dem ersten elektrischen Prüfsignal um einen positiven Frequenzchirp und beispielsweise bei dem zweiten ersten elektrischen Prüfsignal um einen negativen Frequenzchirp handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich bei den beiden elektrischen Prüfsignalen um zwei positive oder zwei negative Frequenzchirps handelt. Die zwei unterschiedlichen elektrischen Prüfsignale müssen lediglich unterschiedlich frequenzmoduliert sein. Dadurch kann eine genauere Bestimmung des Funktionszustands realisiert werden.According to a further advantageous embodiment, the sound transducer element can be excited by means of two electrical test signals, wherein a first electrical test signal is different frequency modulated than the second electrical test signal. In particular, for example, the first electrical test signal may be a positive frequency chirp and, for example, the second first electrical test signal may be a negative frequency chirp. However, it is also possible that the two electrical test signals are two positive or two negative frequency chirps. The two different electrical test signals need only be different frequency modulated. As a result, a more accurate determination of the functional state can be realized.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein Übertragungselement des Schallwandlerelements an einer primären Seite des Übertragungselements mit dem elektrischen Prüfsignal angeregt wird. Bei dem Übertragungselement kann es sich beispielsweise um ein Transformatorelement handeln. Dadurch ist es möglich, dass ohne vorheriger zusätzlicher Stromstärkenerfassung, das Schallwandlerelement mit dem elektrischen Prüfsignal angeregt wird. Dadurch kann bauteilreduziert, insbesondere, da ein zusätzlicher Shunt-Widerstand sekundärseitig entfällt, die Spannung bei vorgegebener Stromstärke erfasst werden.Furthermore, it is advantageous if a transmission element of the sound transducer element is excited on a primary side of the transmission element with the electrical test signal. The transmission element may be, for example, a transformer element. This makes it possible that, without prior additional current detection, the sound transducer element is excited with the electrical test signal. As a result, component-reduced, in particular, since an additional shunt resistor eliminates the secondary side, the voltage can be detected at a given current.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Übertragungselement des Schallwandlerelements an einer sekundären Seite des Übertragungselements mit dem elektrischen Prüfsignal angeregt wird. Dadurch können Energieverluste innerhalb des Übertragungselements verhindert werden, so dass das Schallwandlerelement mit einem energiereduzierten elektrischen Prüfsignal angeregt werden kann.It has also proved to be advantageous if a transmission element of the sound transducer element is excited on a secondary side of the transmission element with the electrical test signal. This can cause energy losses be prevented within the transmission element, so that the sound transducer element can be excited with an energy-reduced electrical test signal.

Alternativ kann das elektrische Prüfsignal auch bei Ultraschallsensorvorrichtungen angewendet werden, bei denen das Schallwandlerelement direkt, also ohne Übertrager/ Transformator, angesteuert wird.Alternatively, the electrical test signal can also be used in ultrasound sensor devices in which the sound transducer element is controlled directly, ie without transformer / transformer.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann ein zeitlicher Verlauf oder ein Betrag oder ein Realteil der elektrischen Spannung oder eine Einhüllende des Spanungsverlaufs der Spannung erfasst werden und abhängig davon der Wert des den Ultraschallsensor elektrisch charakterisierende Parameters Übertragungsfunktion bestimmt wird. Insbesondere können durch unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der erfassten Spannung die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors und damit der Funktionszustand des Ultraschallsensors zuverlässig bestimmt werden.According to a further advantageous embodiment, a time profile or an amount or a real part of the voltage or an envelope of the voltage waveform of the voltage can be detected and depending on the value of the ultrasound sensor electrically characterizing parameter transfer function is determined. In particular, the transmission function of the ultrasonic sensor and thus the functional state of the ultrasonic sensor can be reliably determined by different electrical properties of the detected voltage.

Ferner betrifft die Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung mit zumindest einem Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinrichtung zum Senden von Ultraschallsignalen, mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Echosignals der Ultraschallsignale und mit einer Steuerungseinrichtung des Ultraschallsensors, welche dazu ausgebildet ist, ein zuvor beschriebenes Verfahren beziehungsweise eine vorteilhafte Ausführungsform davon durchzuführen.Furthermore, the invention relates to an ultrasonic sensor device having at least one ultrasonic sensor for a motor vehicle, with a transmitting device for transmitting ultrasonic signals, with a receiving device for receiving an echo signal of the ultrasonic signals and with a control device of the ultrasonic sensor, which is adapted to a previously described method or an advantageous Execute embodiment thereof.

Dazu kann die Ultraschallsensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweisen, mittels welcher die Auswertung durchgeführt werden kann. Die Auswerteeinheit kann dazu ultraschallsensorextern oder ultraschallsensorintern angeordnet sein.For this purpose, the ultrasonic sensor device can have an evaluation device, by means of which the evaluation can be carried out. For this purpose, the evaluation unit can be arranged ultrasound-wise or ultrasound-sensor-internally.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.The invention also relates to a motor vehicle with an ultrasonic sensor device. The motor vehicle is designed in particular as a passenger car.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungsformen der Ultraschallsensorvorrichtung und des Kraftfahrzeugs anzusehen, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung und das Kraftfahrzeug dazu gegenständliche Merkmalen aufweisen, die eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon ermöglichen.Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the ultrasonic sensor device and of the motor vehicle, wherein the ultrasonic sensor device and the motor vehicle for this purpose have physical features that enable implementation of the method or an advantageous embodiment thereof.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die 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 der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch aus den separierten Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungsformen als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone are not only suitable for the respective combination but also for use in other combinations or in isolation without the scope of the invention leave. There are thus also embodiments of the invention as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but emerge from the separated combinations of features from the described embodiments and can be generated. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim. Furthermore, embodiments and combinations of features, in particular by the embodiments set forth above, are to be regarded as disclosed, which go beyond or deviate from the combinations of features set out in the back references of the claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer Ultraschallsensorvorrichtung;
  • 2 ein schematisches Zeit-Frequenz-Diagramm einer Ausführungsform eines elektrischen Prüfsignals;
  • 3 ein schematisches Zeit-Spannungs-Diagramm einer erfassten Spannung bei einer Ausführungsform des elektrischen Prüfsignals; und
  • 4 ein schematisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform eines Ultraschallsensors.
Showing:
  • 1 a schematic plan view of an embodiment of a motor vehicle with an embodiment of an ultrasonic sensor device;
  • 2 a schematic time-frequency diagram of an embodiment of an electrical test signal;
  • 3 a schematic time-voltage diagram of a detected voltage in an embodiment of the electrical test signal; and
  • 4 a schematic equivalent circuit diagram of an embodiment of an ultrasonic sensor.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

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 ein Fahrerassistenzsystem 2. Mit dem Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein Objekt 3, welches sich in der Umgebung 4 des Kraftahrzeugs 1 befindet erfasst werden. Insbesondere kann mittels des Fahrerassistenzsystems 2 ein Abstand zwischen dem Kraftahrzeug 1 und dem Objekt 3 bestimmt werden. 1 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the present invention. The car 1 is formed in the present embodiment as a passenger car. The car 1 includes a driver assistance system 2 , With the driver assistance system 2 can for example be an object 3 , which is in the area 4 of the motor vehicle 1 be detected. In particular, by means of the driver assistance system 2 a distance between the motor vehicle 1 and the object 3 be determined.

Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest eine Ultraschallsensorvorrichtung 5. Die Ultraschallsensorvorrichtung 5 wiederum weist zumindest einen Ultraschallsensor 5a auf. Der Ultraschallsensor 5a umfasst eine Sendeeinrichtung 6, mittels welcher zumindest ein Ultraschallsignal 8, insbesondere mehrere Ultraschallsignale 8, ausgesendet werden kann/können. Vorliegend ist rein beispielhaft eine Ultraschallsensorvorrichtung 5 mit einem Ultraschallsensor 5a in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet. Des Weiteren ist vorliegend rein beispielhaft eine weitere Ultraschallsensorvorrichtung 5 an einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 5 am Heckbereich weist rein beispielhaft vier Ultraschallsensoren 5a auf.
Mit der Sendeeinrichtung 6 können die Ultraschallsignale 8 innerhalb eines vorbestimmten Erfassungsbereichs E bzw. eines vorbestimmten Winkelbereichs, mittels einer Membran, ausgesendet werden. Die Membran ist insbesondere an ein Schallwandlerelement 11 gekoppelt, mittels welchem beim Sendevorgang elektrische Signale in Ultraschallsignale 8 und beim Empfangsvorgang die Echosignale 9 in elektrische Signale umwandelbar sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Schallwandlerelement 11 um ein Piezoelement handeln.The driver assistance system 2 comprises at least one ultrasonic sensor device 5 , The ultrasonic sensor device 5 again points at least one ultrasonic sensor 5a on. The ultrasonic sensor 5a comprises a transmitting device 6 , by means of which at least one ultrasonic signal 8th , in particular a plurality of ultrasonic signals 8th , can be sent out. In the present case, an example is an ultrasonic sensor device 5 with an ultrasonic sensor 5a in a front area of the motor vehicle 1 educated. Furthermore, in the present case, a further ultrasonic sensor device is purely exemplary 5 at a rear area of the motor vehicle 1 arranged. The ultrasonic sensor device 5 At the rear, for example, has four ultrasonic sensors 5a on.
With the transmitting device 6 can the ultrasound signals 8th be emitted within a predetermined detection range E or a predetermined angle range, by means of a membrane. The membrane is in particular to a sound transducer element 11 coupled, by means of which during the transmission electrical signals in ultrasonic signals 8th and the echo signals during the reception process 9 can be converted into electrical signals. For example, it may be in the sound transducer element 11 to act a piezoelectric element.

Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 5 eine Empfangseinrichtung 7, mittels welcher reflektierte Ultraschallsignale als Echosignale 9, welche vom Objekt 3 reflektiert wurden, insbesondere über die Membran empfangen werden können. Mit der Empfangseinrichtung 7 können also von dem Objekt 3 reflektierte Ultraschallsignale 9 als Empfangssignal empfangen werden. Ferner kann die Ultraschallsensorvorrichtung 5 eine Steuerungseinrichtung S aufweisen, die beispielsweise durch ein Mikrocontroller und/oder ein digitalen Signalprozessor gebildet sein kann. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 10, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU-electronic control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Steuerungseinrichtung 10 ist zur Datenübertragung mit der Ultraschallsensorvorrichtung 5 verbunden. Die Datenübertragung kann beispielsweise über den Datenbus des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.In addition, the ultrasonic sensor device comprises 5 a receiving device 7 , by means of which reflected ultrasound signals as echo signals 9 which of the object 3 were reflected, in particular can be received via the membrane. With the receiving device 7 so can from the object 3 reflected ultrasonic signals 9 received as a received signal. Furthermore, the ultrasonic sensor device 5 a control device S may be formed, for example, by a microcontroller and / or a digital signal processor. The driver assistance system 2 further comprises a controller 10 , for example, by an electronic control unit (ECU-electronic control unit) of the motor vehicle 1 can be formed. The control device 10 is for data transmission with the ultrasonic sensor device 5 connected. The data transmission can, for example, via the data bus of the motor vehicle 1 respectively.

2 zeigt schematisch ein Zeit-Frequenz-Diagramm. Auf der Abszisse A ist insbesondere die Zeit t aufgetragen und auf der Ordinate O ist insbesondere die Frequenz f aufgetragen. Insbesondere zeigt die 1, wie ein elektrisches Prüfsignal P an das Schallwandlerelement 11 angelegt wird. Das elektrische Prüfsignal P regt das Schallwandlerelement 11 an, wobei das elektrische Prüfsignal P eine vorgegebene bekannte elektrische Stromstärke I (4) aufweist und welches frequenzmoduliert ist. 2 schematically shows a time-frequency diagram. On the abscissa A is especially the time t plotted and on the ordinate O is in particular the frequency f applied. In particular, the shows 1 like an electrical test signal P to the sound transducer element 11 is created. The electrical test signal P excites the sound transducer element 11 on, wherein the electrical test signal P a predetermined known electric current I ( 4 ) and which is frequency modulated.

Beispielsweise kann das Schallwandlerelement 11 mittels eines positiven Frequenzchirps 12 als elektrisches Prüfsignal P angeregt werden. Bei dem positiven Frequenzchirp 12 handelt es sich insbesondere um ein frequenzmoduliertes Signal, dessen Frequenz über die Zeit t steigt. Mit anderen Worten wird der positive Frequenzchirp 12 zum Zeitpunkt t0 beispielsweise mit einer Frequenz f1 ausgesendet und wird über die Zeit t derart moduliert, dass dieser zu einem Zeitpunkt t2 eine zur ersten Frequenz f1 höhere Frequenz f2 aufweist. Das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp 12 kann dabei durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt werden. Es ist alternativ auch möglich, dass das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp 12 durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird.For example, the sound transducer element 11 by means of a positive frequency chirp 12 as electrical test signal P be stimulated. At the positive frequency chirp 12 In particular, it is a frequency-modulated signal whose frequency over time t increases. In other words, the positive frequency chirp 12 at the time t0 for example, with a frequency f1 being sent out and being over time t modulated so that this at a time t2 one to the first frequency f1 higher frequency f2 having. Stimulating with the positive frequency chirp 12 can be carried out by frequencies of a same frequency band. Alternatively, it is also possible that the excitation with the positive frequency chirp 12 is performed by frequencies of at least two different frequency bands.

Ferner ist es möglich, dass das Schallwandlerelement 11 mittels eines negativen Frequenzchirps 13 als elektrisches Prüfsignal P angeregt wird. Beim negativen Frequenzchirp 13 kann es sich insbesondere um ein frequenzmoduliertes Signal handeln, dessen Frequenz über die Zeit t abnimmt. Beispielsweise kann zum Zeitpunkt t0 der negative Frequenzchirp 13 mit einer Frequenz f2 ausgesendet werden und über die Zeit t hinweg abnehmen, sodass er beispielsweise zum Zeitpunkt t2 eine zur Frequenz f2 unterschiedliche niedrigere Frequenz f1 aufweist. Das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp 13 kann dabei durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt werden, es ist alternativ auch möglich, dass das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp 13 durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird.Furthermore, it is possible that the sound transducer element 11 by means of a negative frequency chirp 13 as electrical test signal P is stimulated. At the negative frequency chirp 13 it may in particular be a frequency-modulated signal whose frequency over time t decreases. For example, at the time t0 the negative frequency chirp 13 with a frequency f2 to be sent out and over time t away, so that he can, for example, at the time t2 one to the frequency f2 different lower frequency f1 having. Stimulating with the negative frequency chirp 13 can be carried out by frequencies of a same frequency band, it is alternatively also possible that the excitation with the negative Frequenzchirp 13 is performed by frequencies of at least two different frequency bands.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Schallwandlerelement 11 mittels zwei elektrischen Prüfsignalen P angeregt wird, wobei ein erstes elektrisches Prüfsignal P unterschiedlich frequenzmoduliert ist als das zweite elektrische Prüfsignal P. Beispielsweise kann hierzu das erste elektrische Prüfsignal P als positiver Frequenzchirp 12 ausgebildet sein und das zweite elektrische Prüfsignal P kann als negativer Frequenzchirp 13 ausgebildet sein. Insbesondere wird das elektrische Prüfsignal P derart frequenzmoduliert, dass zumindest eine Resonanzfrequenz fres mit der Frequenz des elektrischen Prüfsignals P umfasst ist. Da insbesondere der Funktionszustand um die Resonanzfrequenz herum von Bedeutung ist, hat dies den Vorteil, dass insbesondere um diese Frequenz herum der Funktionszustand überprüft werden kann. Im vorliegenden Beispiel kann beispielsweise zum Zeitpunkt t1 die Resonanzfrequenz fres erreicht werden.In particular, it can be provided that the sound transducer element 11 by means of two electrical test signals P is excited, wherein a first electrical test signal P is different frequency modulated than the second electrical test signal P , For example, this may be the first electrical test signal P as a positive frequency chirp 12 be formed and the second electrical test signal P can as a negative frequency chirp 13 be educated. In particular, the electrical test signal P frequency-modulated such that at least one resonance frequency res with the frequency of the electrical test signal P is included. Since, in particular, the functional state around the resonant frequency is important, this has the advantage that the functional state can be checked in particular around this frequency. In the present example, for example, at the time t1 the resonance frequency res be achieved.

3 zeigt schematisch ein Zeit-Spannungs-Diagramm. Auf der Abszisse A ist insbesondere die Zeit t aufgetragen und auf der Ordinate O ist insbesondere die Spannung V aufgetragen. Das elektrische Prüfsignal P, welches eine vorgegebene bekannte elektrische Stromstärke I aufweist und welches frequenzmoduliert wird, wird an das Schallwandlerelement 11 angelegt. Ein von diesem elektrischen Prüfsignal P abhängiger elektrischer Spannungsverlauf V1 wird erfasst und zumindest ein Wert eines den Ultraschallsensor 5a charakterisierender Parameters, insbesondere eine Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors 5a, dadurch bestimmt. Dieser Parameter, insbesondere diese Übertragungsfunktion, wird mit einem Wert eines einen Referenzultraschallsensor elektrisch charakterisierenden Referenzparameters, insbesondere einer Referenz-Übertragungsfunktion, verglichen und abhängig von dem Vergleich wird der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt. 3 schematically shows a time-voltage diagram. On the abscissa A is especially the time t plotted and on the ordinate O is in particular the tension V applied. The electrical test signal P which is a given known electric current I and which is frequency modulated, is applied to the sound transducer element 11 created. One from this electrical test signal P dependent electrical voltage curve V 1 is detected and at least one value of the ultrasonic sensor 5a characterizing parameter, in particular a transfer function of the ultrasonic sensor 5a , determined by. This parameter, in particular this transfer function, is compared with a value of a reference parameter electrically characterizing a reference ultrasound sensor, in particular a reference transfer function, and the functional state of the ultrasound sensor becomes dependent on the comparison 5a certainly.

Die 3 zeigt insbesondere den Spannungsverlauf V1 vom Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t2 aus 2. Insbesondere wird zum Zeitpunkt t0 das Schallwandlerelement 11 mit dem frequenzmodulierten elektrischen Prüfsignal P angeregt und der Spannungsverlauf V1 bis zum Zeitpunkt t2, an dem das elektrische Prüfsignal P beendet ist, erfasst. Anhand der gemessenen Spannungen V kann dann der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein zeitlicher Verlauf oder ein Betrag oder ein Realteil der elektrischen Spannungen V oder eine Einhüllende 14 des Spannungsverlaufs V1 der Spannung V erfasst wird und abhängig davon die Übertragungsfunktion bestimmt wird. Zum Zeitpunkt t1, an welchem das elektrische Prüfsignal P die Resonanzfrequenz fres erreicht, weist insbesondere die Einhüllende 14 eine niedrige Spannung auf, da hier der Ultraschallsensor 5a besonders effizient betrieben werden kann.The 3 shows in particular the voltage curve V 1 from the moment t0 until time t2 out 2 , In particular, at the time t0 the sound transducer element 11 with the frequency modulated electrical test signal P stimulated and the voltage curve V 1 until the time t2 at which the electrical test signal P finished, recorded. Based on the measured voltages V can then the functional state of the ultrasonic sensor 5a be determined. In particular, it may be provided that a time course or an amount or a real part of the electrical voltages V or an envelope 14 the voltage curve V 1 the tension V is detected and depending on the transfer function is determined. At the time t1 at which the electrical test signal P the resonance frequency res reaches, in particular, the envelope 14 a low voltage, because here the ultrasonic sensor 5a can be operated particularly efficiently.

Mittels der Übertragungsfunktion kann insbesondere das akustische elektrische Verhalten des Ultraschallsensors 5a dargestellt werden. Insbesondere weist bauartbedingt jeder Ultraschallsensor 5a eine spezifische Übertragungsfunktion auf. Durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Umwelteinflüsse, Alterung oder sensorbedingte Einflüsse, kann es dazu kommen, dass der Ultraschallsensor 5a eine abweichende Übertragungsfunktion gegenüber einer Referenz-Übertragungsfunktion eines Referenzultraschallsensors aufweist. Insbesondere ist die Übertragungsfunktion unterschiedlich zur Referenz-Übertragungsfunktion. Anhand der Übertragungsfunktion gegenüber der Referenz-Übertragungsfunktion kann dann insbesondere ein Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob der Ultraschallsensor 5a verschmutzt beziehungsweise vereist ist. Die Übertragungsfunktion wird abhängig von dem elektrischen Prüfsignal P bestimmt, wobei der Ultraschallsensor 5a mit dem elektrischen Prüfsignal P angeregt wird. Die Spannung V1 wird ausgewertet und abhängig davon die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors 5a bestimmt. Die Übertragungsfunktion wird mit der Referenz-Übertragungsfunktion verglichen und abhängig von dem Vergleich kann dann der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.By means of the transfer function, in particular the acoustic electrical behavior of the ultrasonic sensor 5a being represented. In particular, each type of ultrasound sensor has a design 5a a specific transfer function. Due to external influences, such as environmental influences, aging or sensor-related influences, it may happen that the ultrasonic sensor 5a has a different transfer function compared to a reference transfer function of a reference ultrasound sensor. In particular, the transfer function is different from the reference transfer function. On the basis of the transfer function with respect to the reference transfer function can then in particular a functional state of the ultrasonic sensor 5a be determined. For example, it may be determined whether the ultrasonic sensor 5a is dirty or iced up. The transfer function depends on the electrical test signal P determined, wherein the ultrasonic sensor 5a with the electrical test signal P is stimulated. The voltage V 1 is evaluated and depending on the transfer function of the ultrasonic sensor 5a certainly. The transfer function is compared with the reference transfer function and, depending on the comparison, the functional state of the ultrasound sensor can then be determined 5a be determined.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung des Funktionszustands des Ultraschallsensors 5a bei einer Mehrzahl von Betriebsarten des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1, durchgeführt werden kann. Somit kann aktuell der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.It can also be provided that the determination of the functional state of the ultrasonic sensor 5a in a plurality of operating modes of the motor vehicle 1 , in particular in a driving operation of the motor vehicle 1 , can be carried out. Thus, currently the functional state of the ultrasonic sensor 5a be determined.

4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform des Ultraschallsensors 5a als ein elektrisches Modell 15 des Ultraschallsensors 5a. Insbesondere beschreibt das elektrische Modell 15 den mechanischen Ultraschallwandler 5a elektrisch. Insbesondere weist das elektrische Modell 15 eine Mehrzahl an Bauelementen 16 auf. 4 shows a schematic equivalent circuit diagram of an embodiment of the ultrasonic sensor 5a as an electrical model 15 of the ultrasonic sensor 5a , In particular, the electric model describes 15 the mechanical ultrasonic transducer 5a electric. In particular, the electric model has 15 a plurality of components 16 on.

Insbesondere weist das elektrische Modell 15 einen ersten Kondensator 17, einen zweiten Kondensator 20, eine erste Induktivität 18, eine zweite Induktivität 21, einen ersten ohmschen Widerstand 19 und einen zweiten ohmschen Widerstand 22 auf. Insbesondere sind Parameterwerte der Bauelemente 16 derart ausgebildet, dass sie durch die Übertragungsfunktion charakterisiert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass im elektrischen Modell 15 der erste Kondensator 17, die erste Induktivität 18 und der erste ohmsche Widerstand 19 in Serie geschaltet sind und parallel zu dieser Serienschaltung jeweilig der zweite Kondensator 20, die zweite Induktivität 21 und der zweite ohmsche Widerstand geschaltet ist.In particular, the electric model has 15 a first capacitor 17 , a second capacitor 20 , a first inductance 18 , a second inductance 21 , a first ohmic resistance 19 and a second ohmic resistance 22 on. In particular, parameter values of the components 16 formed such that they are characterized by the transfer function. In particular, it is provided that in the electric model 15 the first capacitor 17 , the first inductance 18 and the first ohmic resistance 19 are connected in series and parallel to this series circuit respectively the second capacitor 20 , the second inductance 21 and the second ohmic resistor is connected.

Insbesondere bilden der zweite Kondensator 20, die zweite Induktivität 21 und der zweite ohmsche Widerstand die elektrischen, insbesondere parasitären, Eigenschaften der Bauteile des Ultraschallsensors 5a ab. Diese Eigenschaften werden in dem elektrischen Modell 15 mit berücksichtigt. Mittels des ersten Kondensators 17 kann beispielsweise eine mechanische Nachgiebigkeit, welche dem Reziprokwet der Steifigkeit entspricht, einer Membran des Ultraschallsensors 5a beschrieben werden. Mittels der ersten Induktivität 18 kann insbesondere eine bewegende Masse der Membran beschrieben werden. Mittels des ersten ohmschen Widerstands 19 kann insbesondere eine Dämpfung des Ultraschallsignals 8 beschrieben werden. Insbesondere kann mittels der physikalischen Kapazität, der mechanischen Nachgiebigkeit der bewegenden Masse und der Dämpfung der zumindest eine Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.In particular, the second capacitor form 20 , the second inductance 21 and the second ohmic resistance, the electrical, in particular parasitic, properties of the components of the ultrasonic sensor 5a from. These properties are in the electric model 15 taken into account. By means of the first capacitor 17 For example, a mechanical compliance, which corresponds to the reciprocal of stiffness, a membrane of the ultrasonic sensor 5a to be discribed. By means of the first inductance 18 In particular, a moving mass of the membrane can be described. By means of the first ohmic resistance 19 In particular, an attenuation of the ultrasonic signal 8th to be discribed. In particular, by means of the physical capacity, the mechanical compliance of the moving mass and the damping of the at least one functional state of the ultrasonic sensor 5a be determined.

Beispielsweise kann sich bei einer defekten Keramik die Kapazität des zweiten Kondensators 20 verringern, sodass durch eine Verringerung der zweiten Kapazität auf einen Defekt der Keramik schließen lässt. Sollte beispielsweise Eis auf der Membran des Ultraschallsensors 5a sein, so kann sich beispielsweise die mechanische Nachgiebigkeit und die bewegende Masse verändern, sodass im elektrischen Modell 15 eine Veränderung des ersten Kondensators 17, bzw. eine Veränderung der ersten Kapazität des ersten Kondensators 17, und eine Veränderung der ersten Induktivität 18 zu verzeichnen ist. Anhand der Parameterwertänderungen kann dann auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a Rückschluss gezogen werden. For example, with a defective ceramic, the capacitance of the second capacitor 20 reduce so that a reduction of the second capacity indicates a defect in the ceramic. For example, should ice on the membrane of the ultrasonic sensor 5a For example, the mechanical compliance and the moving mass can change, so that in the electric model 15 a change of the first capacitor 17 , or a change in the first capacitor of the first capacitor 17 , and a change in the first inductance 18 to be recorded. Based on the parameter value changes can then on the functional state of the ultrasonic sensor 5a Conclusion to be drawn.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Parameterwerte der Bauelemente 16 mittels einer Parameterwertanpassung, insbesondere mittels einer numerischen Optimierung, derart bestimmt werden, dass sie sich mit diesen angepassten Parameterwerten die Übertragungsfunktion modellmäßig ergibt.In particular, it is provided that the parameter values of the components 16 be determined by means of a parameter value adjustment, in particular by means of a numerical optimization, such that it gives rise to the transfer function model-wise with these adjusted parameter values.

Insbesondere können dann die Referenz-Übertragungsfunktion und/oder Parameterwerte eines die Referenz-Übertragungsfunktion ergebenden Referenzultraschallsensors für eine Mehrzahl von potentiellen Funktionszuständen auf einem Speichermedium der Ultraschallsensorvorrichtung 5 abgespeichert werden. Somit können dann die einzelnen Parameterwerte der Bauelemente 16 mit den Parameterwerten der Bauelemente des Referenzultraschallsensors verglichen werden und dadurch auf den im Speicher abgespeicherten Informationen Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen, die Sensorbedingungen bzw. die Alterung des Ultraschallsensors 5a gezogen werden.In particular, the reference transfer function and / or parameter values of a reference ultrasound sensor resulting in the reference transfer function can then be used for a plurality of potential functional states on a storage medium of the ultrasound sensor device 5 be stored. Thus, then the individual parameter values of the components 16 are compared with the parameter values of the components of the reference ultrasound sensor and thereby on the information stored in the memory conclusions about the environmental conditions, the sensor conditions or the aging of the ultrasonic sensor 5a to be pulled.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Information zumindest eines weiteren Sensors, wie beispielsweise eines Temperatursensors und/oder eines Luftfeuchtigkeitssensors und/oder weiterer Sensorarten, bei der Funktionszustandsbestimmung mit berücksichtigt wird. Der zumindest eine weitere Sensor kann Teil des Ultraschallsensors 5a und/oder der Ultraschallsensorvorrichtung 5 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 sein.In particular, it can be provided that information of at least one further sensor, such as a temperature sensor and / or an air humidity sensor and / or other types of sensors, is taken into account in the functional state determination. The at least one further sensor may be part of the ultrasonic sensor 5a and / or the ultrasonic sensor device 5 and / or the motor vehicle 1 his.

Insbesondere ist vorgesehen, dass somit die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors 5a direkt und somit sensorintern - ohne ausgesendete Ultraschallsignale und empfangene Echosignale zu senden und auszuwerten - gemessen wird und anhand der Übertragungsfunktion der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt wird. Dazu wird der Ultraschallsensor 5a mittels des elektrischen Prüfsignals P angeregt. Mittels des elektrischen Prüfsignals P wird dann die Spannung V des Ultraschallsensors 5a beeinflusst und durch den Ultraschallsensor 5a ausgewertet. Abhängig von der vom elektrischen Prüfsignal P abhängigen erfassten Spannung wird die Übertragungsfunktion bestimmt. Das bereitgestellte elektrische Modell 15 mit seinen Bauelementen 16 wird durch Parameterwertanpassung an die bestimmte Übertragungsfunktion angepasst, so dass die Bauelemente 16 die Übertragungsfunktion charakterisieren. Die angepassten Parameterwerte werden dann mit Referenzparameterwerten eines Referenzultraschallsensors verglichen und auf Basis des Vergleichs werden dann Rückschlüsse auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a gezogen.In particular, it is provided that thus the transfer function of the ultrasonic sensor 5a directly and thus within the sensor - without transmitting and evaluating transmitted ultrasonic signals and received echo signals - and based on the transfer function, the functional state of the ultrasonic sensor 5a is determined. For this purpose, the ultrasonic sensor 5a excited by the electrical test signal P. By means of the electrical test signal P then becomes the tension V of the ultrasonic sensor 5a influenced and by the ultrasonic sensor 5a evaluated. Depending on the electrical test signal P dependent detected voltage, the transfer function is determined. The provided electric model 15 with its components 16 is adapted by parameter value adaptation to the specific transfer function, so that the components 16 characterize the transfer function. The adjusted parameter values are then compared with reference parameter values of a reference ultrasound sensor and conclusions are then drawn on the functional state of the ultrasound sensor on the basis of the comparison 5a drawn.

Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Übertragungselement 23 des Schallwandlerelements 11 an einer primären Seite 23a des Übertragungselements 23 mit dem elektrischen Prüfsignal P angeregt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass das elektrische Prüfsignal P an einer sekundären Seite 23b des Übertragungselements 23 angeregt wird.Furthermore, it can be provided that a transmission element 23 of the sound transducer element 11 on a primary page 23a of the transmission element 23 with the electrical test signal P is stimulated. Furthermore, it can be provided that the electrical test signal P on a secondary page 23b of the transmission element 23 is stimulated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (14)

Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors (5a) einer Ultraschallsensorvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1), welche zum Aussenden eines Ultraschallsignals (8) in eine Umgebung (4) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder zum Empfangen eines Echosignals (9) des Ultraschallsignals (8) ausgebildet ist, wobei ein Schallwandlerelement (11) des Ultraschallsensors (5a) mit einem elektrischen Prüfsignal (P) angeregt wird, wobei das elektrische Prüfsignal (P) durch eine elektrische Stromstärke (I), eine elektrische Spannung (V) und eine Frequenz (f) definiert ist, und der Funktionszustand abhängig von einem Auswerten des elektrischen Prüfsignals (P) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlerelement (11) mit einem elektrischem Prüfsignal (P) angeregt wird, welches eine vorgegebene bekannte elektrische Stromstärke (I) aufweist und welches frequenzmoduliert wird, und eine von diesem elektrischen Prüfsignal (P) abhängige elektrische Spannung (V) am Schallwandlerelement (11) erfasst wird und abhängig von der erfassten Spannung (V) zumindest ein Wert eines den Ultraschallsensor (5a) elektrisch charakterisierender Parameters bestimmt wird, welcher mit einem Wert eines einen Referenzultraschallsensor elektrisch charakterisierenden Referenzparameters verglichen wird und abhängig von dem Vergleich der Funktionszustand des Ultraschallsensors (5a) bestimmt wird.Method for determining a functional state of an ultrasound sensor (5a) of an ultrasound sensor device (5) for a motor vehicle (1), which is used to emit an ultrasound signal (8) into an environment (4) of the motor vehicle (1) and / or to receive an echo signal (9 ) of the ultrasonic signal (8) is formed, wherein a sound transducer element (11) of the ultrasonic sensor (5a) with an electrical test signal (P) is excited, wherein the electrical test signal (P) by an electric current (I), an electrical voltage (V ) and a frequency (f) is defined, and the functional state is determined depending on an evaluation of the electrical test signal (P), characterized in that the sound transducer element (11) with an electrical test signal (P) is excited, which a predetermined known electrical Current (I) and which is frequency-modulated, and a dependent of this electrical test signal (P) electrical voltage ( V) is detected on the sound transducer element (11) and, depending on the detected voltage (V), at least one value of a parameter electrically characterizing the ultrasonic sensor (5a) is determined, which is compared with a value of a reference parameter electrically characterizing a reference ultrasound sensor and dependent on the comparison the functional state of the ultrasonic sensor (5a) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den zumindest einen charakterisierenden Parameter eine Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors (5a) definiert wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a transfer function of the ultrasonic sensor (5a) is defined by the at least one characterizing parameter. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Modell (15) des Ultraschallsensors (5a) mit einer Mehrzahl von elektrischen Bauelementen (16) erzeugt wird, wobei das elektrische Modell (15) den mechanischen Ultraschallsensor (5a) elektrisch beschreibt, wobei Parameterwerte des elektrischen Modells (15) durch die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors (5a) bestimmt werden.Method according to Claim 2 , characterized in that an electrical model (15) of the ultrasonic sensor (5a) is generated with a plurality of electrical components (16), wherein the electrical model (15) electrically describes the mechanical ultrasonic sensor (5a), wherein parameter values of the electrical model ( 15) are determined by the transfer function of the ultrasonic sensor (5a). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlerelement (11) mittels eines positiven Frequenzchirps (12) als elektrisches Prüfsignal (P) angeregt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sound transducer element (11) is excited by means of a positive frequency chirp (12) as an electrical test signal (P). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp (12) durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt wird.Method according to Claim 4 , characterized in that the exciting with the positive frequency chirp (12) is performed by frequencies of a same frequency band. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen mit dem positiven Frequenzchirp (12) durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird.Method according to Claim 4 , characterized in that the exciting with the positive frequency chirp (12) is performed by frequencies of at least two different frequency bands. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlerelement (11) mittels eines negativen Frequenzchirps (13) als elektrisches Prüfsignal (P) angeregt wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the sound transducer element (11) by means of a negative frequency chirp (13) is excited as an electrical test signal (P). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp (13) durch Frequenzen eines gleichen Frequenzbands durchgeführt wird.Method according to Claim 7 , characterized in that the exciting with the negative frequency chirp (13) is performed by frequencies of a same frequency band. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen mit dem negativen Frequenzchirp (13) durch Frequenzen von zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt wird.Method according to Claim 7 , characterized in that the exciting with the negative frequency chirp (13) is performed by frequencies of at least two different frequency bands. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlerelement (11) mittels zwei elektrischen Prüfsignalen (P) angeregt wird, wobei ein erstes elektrisches Prüfsignal (P) unterschiedlich frequenzmoduliert ist als das zweite elektrische Prüfsignal (P).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sound transducer element (11) by means of two electrical test signals (P) is excited, wherein a first electrical test signal (P) is different frequency modulated than the second electrical test signal (P). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungselement (23) des Schallwandlerelements (11) an einer primären Seite (23a) des Übertragungselements (23) mit dem elektrischen Prüfsignal (P) angeregt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission element (23) of the sound transducer element (11) on a primary side (23a) of the transmission element (23) with the electrical test signal (P) is excited. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungselement (23) des Schallwandlerelements (11) an einer sekundären Seite (23b) des Übertragungselements (23) mit dem elektrischen Prüfsignal (P) angeregt wird.Method according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that a transmission element (23) of the sound transducer element (11) on a secondary side (23b) of the transmission element (23) with the electrical test signal (P) is excited. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf oder ein Betrag oder ein Realteil der elektrischen Spannung (V) oder eine Einhüllende (14) des Spanungsverlaufs (V1) der Spannung (V) erfasst wird und abhängig davon der den Ultraschallsensor (5a) elektrisch charakterisierende Parameter bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a time course or an amount or a real part of the electrical voltage (V) or an envelope (14) of the voltage profile (V 1 ) of the voltage (V) is detected and depending on the Ultrasonic sensor (5a) electrically characterizing parameters is determined. Ultraschallsensorvorrichtung (5) mit zumindest einem Ultraschallsensor (5a) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Sendeeinrichtung (6) zum Senden von Ultraschallsignalen (8), mit einer Empfangseinrichtung (7) zum Empfangen eines Echosignals (9) der Ultraschallsignale (8) und mit einer Steuerungseinrichtung (S) des Ultraschallsensors (5a), welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.Ultrasonic sensor device (5) with at least one ultrasonic sensor (5a) for a motor vehicle (1) with a transmitting device (6) for transmitting ultrasonic signals (8), with a receiving device (7) for receiving an echo signal (9) of the ultrasonic signals (8) and with a control device (S) of the ultrasonic sensor (5a), which is to is formed, a method according to one of Claims 1 to 12 perform.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018129044A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-20 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method and analysis system for determining a state of a membrane of an ultrasonic sensor
WO2022243090A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for determining a function state of an ultrasonic sensor for a vehicle
US11573319B2 (en) 2018-09-28 2023-02-07 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for operating an ultrasonic sensor of a vehicle with reduced diagnostics in a measuring mode of the ultrasonic sensor, and ultrasonic sensor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008042820A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 Robert Bosch Gmbh Sensor device and method for the operation of a sensor device
DE102014201482A1 (en) * 2014-01-28 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Method and device for detecting a malfunction of an ultrasonic transducer by evaluating an impedance envelope
DE102014115000A1 (en) 2014-10-15 2016-04-21 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for operating an ultrasonic sensor device of a motor vehicle, ultrasonic sensor device, driver assistance system and motor vehicle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014213122A1 (en) * 2014-07-07 2016-01-07 Robert Bosch Gmbh Apparatus and method for sound-based environment detection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008042820A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 Robert Bosch Gmbh Sensor device and method for the operation of a sensor device
DE102014201482A1 (en) * 2014-01-28 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Method and device for detecting a malfunction of an ultrasonic transducer by evaluating an impedance envelope
DE102014115000A1 (en) 2014-10-15 2016-04-21 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for operating an ultrasonic sensor device of a motor vehicle, ultrasonic sensor device, driver assistance system and motor vehicle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11573319B2 (en) 2018-09-28 2023-02-07 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for operating an ultrasonic sensor of a vehicle with reduced diagnostics in a measuring mode of the ultrasonic sensor, and ultrasonic sensor device
DE102018129044A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-20 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method and analysis system for determining a state of a membrane of an ultrasonic sensor
WO2022243090A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for determining a function state of an ultrasonic sensor for a vehicle

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