DE102022004970B3 - Ultraschallsensor mit einer Objekterkennung von Objekten im Nahbereich - Google Patents

Ultraschallsensor mit einer Objekterkennung von Objekten im Nahbereich Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallmesssystems 22 für Umfelderfassungsvorrichtungen, insbesondere Einparkhilfen, von Fahrzeugen und/oder Robotern. Das Ultraschallmesssystem 22 umfasst einen Ultraschallsensor 1. Der Ultraschallsensor 1 weist einen Nahbereich auf, in dem er den Abstand vom Ultraschallsensor 1 zu Objekten 11 mit ausgesendeten Ultraschallbursts 10 einer ersten zeitlichen Länge ohne Zusatzmaßnahmen nicht mehr erfassen kann. Das Verfahren verwendet ausgesendete Ultraschallbursts 10 einer ersten zeitlichen Länge für Ultraschallhauptmessungen 505, sofern sich kein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 aufhält, und erfasst des Vorhandenseins eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschalsensors 1 sofern das Objekt 11 sich dort befindet. Das Verfahren verkürzt die ersten zeitlichen Längen der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 zu einer zweiten zeitlichen Länge der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 und erfasst eines Abstands zwischen Ultraschallsensor 1 und Objekt 11 für die Dauer des Aufenthalts des Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.

Description

  • Feld der Erfindung
  • Die Erfindung richtet sich auf ein Ultraschallsensorsystem mit einer Objekterkennung für Objekte im Nahbereich eines Ultraschallsensors des Ultraschallsensorsystems und ein zugehöriges Verfahren zur Erkennung von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallsensors am Ende des Ausschwingvorgangs des Schwingelements des Ultraschalltransducers des Ultraschallsensors mit einer Temperatur- und Parameterkompensation.
  • Allgemeine Einleitung
  • Für das autonome Fahren benötigen Fahrzeuge sogenannte Fahrerassistenzsysteme. Schriften aus dem Stand der Technik bezeichnen diese auch als ADAS-Systeme (englisch Advanced Driver Assistance Systems). Diese ADAS-Systeme benötigen Sensordaten von Sensoren. Diese Sensoren liefern dem ADAS-System Umgebungsdaten des Umfelds des Fahrzeugs. Eine wichtige Klasse solcher Umfeldsensoren sind Ultraschallsensoren von Ultraschallsensorsystemen. Solche Ultraschallsensorsysteme umfassen in der Regel ein Steuergerät und eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren. Typischerweise ist das Steuergerät über einen oder mehrere Datenbusse mit den Ultraschallsensoren verbunden. Die Datenbusse älterer Ultraschallsensoren sind analog und umfassen mehr oder weinige das Ausgangssignal eines Komparators innerhalb des Ultraschallsensors. Modernere Ultraschallsensoren umfassen u.a. einen eigenen Rechnerkern, der die Aussendung des Ultraschallbursts und den Empfang der Ultraschallechosignale steuert, die Kommunikation mit dem Steuergerät durchführt und ggf. die Daten aufbereitet und komprimiert.
  • Der folgende Abschnitt erläutert das zu lösende Problem an Hand der Figuren der hier vorgelegten Schrift.
  • Typischerweise umfasst ein Ultraschallsensor 1 im Sinne der hier vorgelegten Schrift diesen Rechnerkern 2, eine digitale Ultraschallbursterzeugung, eine analoge Ultraschallsendestufe.
  • Der Rechnerkern 2 steuert bevorzugt mittels eines Steuersignals oder mehrerer Steuersignale 4 die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1. Typischerweise verfügt die Datenverbindung zwischen der Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 und dem Rechnerkern 2 über einen Rückkanal, mit dem der Rechnerkern 2 den Status der Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 überprüfen kann.
  • Die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 erzeugt auf Veranlassung des Rechnersystems 2 ein digitales Ultraschallsendesignal 5.
  • Eine analoge Ultraschallsendestufe 6 setzt das digitale Ultraschallsendesignal 5 typischerweise in ein Ansteuersignal 7 um. Das Ansteuersignal 7 versorgt in der zeitlichen Sendephase während der Erzeugung eines auszusendenden Ultraschallbursts 10 das piezoelektrische Schwingelement 8 eines angeschlossenen Ultraschalltransducers 9 mit gepulster elektrischer Energie. Typischerweise liegt die Pulsfrequenz der Pulsung der Energieversorgung des Schwingelements 8 in der Nähe der Resonanzfrequenz des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9. Hierdurch schwingt in dieser Sendephase das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 mit der Pulsfrequenz an. Das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 überträgt seine mechanische Schwingung auf die umgebende Luft, wodurch der Ultraschalltransducer 9 einen Ultraschallburst 10 aussendet. Ein ausgesendeter Ultraschallburst 10 umfasst dabei bevorzugt eine Mehrzahl unmittelbar mit der Pulsfrequenz aufeinander folgender Pulse. Ein Puls im Sinne der hier vorgelegten Schrift ist dabei eine einzelne Kompressions- oder Expansionswelle der Luft. Ein Ultraschallburst umfasst im Sinne der hier vorgelegten Schrift zumindest einen Puls. Ein Ultraschallburst im Sinne der hier vorgelegten Schrift kann eine Mehrzahl zeitlich aufeinander folgender Pulse umfassen. Die Anzahl der zeitlich aufeinander folgenden Pulse eines ausgesendeten Ultraschallbursts 10 kann klein oder groß sein. Die Pulse innerhalb eines ausgesendeten Ultraschallbursts 10 folgen aufeinander in einem zeitlichen Pulsabstand, der jeweils dem jeweiligen momentanen Kehrwert der momentanen Pulsfrequenz entspricht Dementsprechend kann es sich bei den ausgesendeten Ultraschallbursts 10, die ein Ultraschalltransducer 9 aussendet, um zeitlich längere und zeitlich kürzere ausgesendete Ultraschallbursts 10 handeln. Ein zeitlich kürzerer ausgesendeter Ultraschallburst 10 umfasst wenige Pulse. Ein zeitlich längerer ausgesendeter Ultraschallburst 10 umfasst eine größere Anzahl an Pulsen.
  • Objekte 11 im Umfeld des Fahrzeugs reflektieren die ausgesendeten Ultraschallbursts 10 als reflektierte Ultraschallbursts 12.
  • Nach dem Erzeugen eines ausgesendeten Ultraschallbursts 10 geht der Ultraschallsensor 1 in eine zeitliche Ausschwingphase über. In dieser Ausschwingphase ist der Ultraschallsensor 1 für die zeitliche Dauer einer Ausschwingzeit in der Regel nicht in der Lage, reflektierte Ultraschallbursts 12 zu empfangen, da die Schwingamplitude des piezoelektrischen Schwingelements 8 des Ultraschallsensors 1 zu Beginn der Ausschwingphase noch zu hoch ist. Wie in der Sendephase setzt die analoge Ultraschallsendestufe 6 das digitale Ultraschallsendesignal 5 der Ausschwingphase typischerweise weiterhin in ein Ansteuersignal 7 um. Das Ansteuersignal 7 der Ausschwingphase entnimmt jedoch nun während des Ausschwingens des piezoelektrischen Schwingelements 8 mechanische Schwingenergie aus dem piezoelektrischen Schwingelement 8. Hierzu betreibt die analoge Ultraschallsendestufe 6 das piezoelektrische Schwingelement 8 vorzugsweise mit einem gegenphasigen Ansteuersignal 7. In vielen Fällen schaltet die Ultraschallsendestufe 6 ihren Innenwiderstand in der Ausschwingphase so um, dass dieser Innenwiderstand ein Maximum an Energie des piezoelektrischen Schwingelements 8 in thermische Energie umsetzt. Diese Maßnahmen verkürzen die zeitliche Dauer der Ausschwingzeit des Schwingelements 8 nach dem zeitlichen Ende der Sendephase. Nichtsdestotrotz ist der Ultraschalltransducer 9 in der Ausschwingzeit nicht empfangsbereit. In dieser Ausschwingzeit legt der ausgesendete Ultraschallburst 10 aber bereits eine nicht unerhebliche Strecke im Freiraum zwischen dem Ultraschalltransducer 9 und dem ggf. vorhandenen Objekt 11 zurück. Die Hälfte der Strecke, die der ausgesendete Ultraschallburst 10 in der Ausschwingzeit zurücklegt, ist der Nahbereich des Ultraschallsensors 1 im Sinne der hier vorgelegten Schrift. Objekte 11, die sich in diesem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befinden, kann der Ultraschallsensor 1 daher ohne besondere Maßnahmen nicht sicher detektieren.
  • Nach dem zeitlichen Ende der Ausschwingphase erregen dann eintreffende reflektierte Ultraschallbursts 12 das piezoelektrische Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 wieder zu mechanischen Schwingungen an. Diese neuen mechanischen Schwingungen des piezoelektrischen Schwingelements 8 in der Empfangsphase führen zu einem elektrischen Ultraschallempfangssignal 13. Das piezoelektrische Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 erzeugt dabei das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 in Abhängigkeit von dem empfangenen, eintreffenden, reflektierten Ultraschallbursts 12. Ein Verstärker 14 des Ultraschallsensors 1 erfasst das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 und wandelt es in ein verstärktes elektrisches Ultraschallempfangssignal 15 um. Ggf. filtert und verstärkt der Verstärker 14 das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 in das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15. Bevorzugt umfasst das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 ein Hüllkurvensignal, das den Amplitudenverlauf des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 widergibt und das somit die Pulsfrequenz nicht mehr aufweist. Das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 umfasst in vielen bevorzugten Anwendungen darüber hinaus noch ein optionales analoges Phasensignal, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Ansteuersignal 7 und dem mit Ansteuersignal 7 korrespondierenden Signalanteil des Ultraschallempfangssignals 13 wiedergibt. Der Verstärker 14 kann also beispielsweise einen Synchrondemodulator umfassen, der beispielsweise eine I/Q-Analyse des Ultraschallempfangssignals 13 durchführt. Das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 kann also im Sinne der hier vorgelegten Schrift auch mehrere Signale umfassen, die der Verstärker 14 aus dem Ultraschallempfangssignal 13 ableitet. Diese Signale sind im Sinne der hier vorgelegten Schrift nicht auf das Hüllkurvensignal und/oder das Phasensignal beschränkt. Bevorzugt tastet ein Analog-zu-Digital-Wandler 16 des Ultraschallsensors 1 diese Signale des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 mit einer Abtastfrequenz ab und wandelt das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 zu einem digitalisierten Ultraschallempfangssignal 17. Das digitalisierte Ultraschallempfangssignal 17 kann dementsprechend mehrere digitalisiere Ultraschalluntersignale umfassen. Bevorzugt tastet der Analog-zu-Digital-Wandler 16 des Ultraschallsensors 1 somit jeweils ein Signal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 mit der Abtastfrequenz ab und wandelt dieses Signal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 zu einem diesem Signal zugeordneten digitalisierten Ultraschalluntersignal des digitalisierten Ultraschallempfangssignals 17. Die digitalen Ultraschalluntersignale bilden somit zusammen das digitalisierte Ultraschallempfangssignal 17. Ggf. filtert eine im Signalpfad nachfolgende digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 das digitalisierte Ultraschallempfangssignal 17 in ein gefiltertes Ultraschallempfangssignal 19 um. Auch das gefilterte Ultraschallempfangssignal 19 kann mehrere Untersignale umfassen. Bevorzugt komprimieren die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 des Ultraschallsensors 1 das gefilterte Ultraschallempfangssignal 19 zu einem komprimierten Ultraschallempfangssignal. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Kompression um einen Schwellwertvergleich des Werts des Hüllkurvensignals mit einem Schwellwert. Der Rechnerkern 2 des Ultraschalsensors 1 überträgt das komprimierte Ultraschallempfangssignal über einen Datenbus 20 an ein Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22, das bevorzugt mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren 1 über diesen Datenbus 20 und/oder über weitere Datenbusse in Verbindung steht. Bei den Datenbussen kann es sich beispielsweise um einen DSI3 Datenbus oder einen PSI5 Datenbus oder dergleichen handeln.
  • Wie bereits erwähnt besteht nun im Stand der Technik das Problem, reflektierte Ultraschallbursts 12 von Objekten 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 zu erfassen, wenn das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 noch nicht zur Ruhe gekommen ist.
  • Aus dem Stand der Technik ist hierzu die Schrift DE 10 2015 002 269 B3 bekannt. In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, dass das Verfahren der technischen Lehre der DE 10 2015 002 269 B3 zur Erfassung reflektierter Ultraschallbursts 12 von Objekten 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 parameter- und temperaturabhängig ist. Daher findet dieses Verfahren heute noch keinen Einsatz in sicherheitsrelevanten Ultraschallsensoren 1 von Fahrzeugen.
  • Bei dem in der Schrift DE 10 2015 002 269 B3 beschriebenen Verfahren vergleicht ein erster Komparator 23 das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 des piezoelektrischen Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 mit einem ersten Schwellwert, beispielsweise dem Wert eines ersten Schwellwertsignals 24, und erzeugt ein erstes Komparatorausgangssignal 25. Bevorzugt werten der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 das erste Komparatorausgangssignal 25 aus.
  • Bei dem in der Schrift DE 10 2015 002 269 B3 beschriebenen Verfahren vergleicht ein zweiter Komparator 26 das verstärkte Ultraschallempfangssignal 15 des Verstärkers 14 mit einem zweiten Schwellwert, beispielsweise dem Wert eines zweiten Schwellwertsignals 27, und erzeugt ein zweites Komparatorausgangssignal 28. Der Verstärker 14 erzeugt dabei bereits das besagte, nun analoge Hüllkurvensignal. Bevorzugt vergleicht also der zweite Komparator 26 den Amplitudenwert des Hüllkurvensignals des Verstärkers 14 mit dem zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 und erzeugt so das zweite Komparatorausgangssignal 28. Die Verstärkung des Verstärkers 14 liegt dabei typischerweise im Bereich von 20dB bis 60dB. Bevorzugt werten der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 das zweite Komparatorausgangssignal 28 oder ein daraus abgeleitetes Signal 31 aus. Zunächst nehmen wir hierzu an, dass das EXOR-Gatter 30 transparent ist und dass das Ausgangssignal des EXOR-Gatters 30 dem zweiten Komparatorausgangssignal 28 entspricht. Später beschreibt die hier vorgelegte Schrift die Funktion des EXOR-Gatters 30, sodass diese Vereinfachung, die nur dem besseren Verständnis dient, dann nicht mehr gilt. Statt des EXOR-Gatters 30 kann die Vorrichtung auch eine kompliziertere Logikschaltung umfassen, die bevorzugt zeitweise einem EXOR Gatter funktionsäquivalent sein kann. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 kann das EXOR-Gatter 30 und das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 umfassen. Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können ggf. die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder das EXOR-Gatter 30 und das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 emulieren.
  • Das Verfahren der technischen Lehre der Schrift DE 10 2015 002 269 B3 schlägt vor, die erste Zeitdifferenz 101 zwischen dem ersten Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 des zweiten Komparatorausgangssignals 28 zu erfassen. Da der erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 aufgrund der Auswertung des nicht verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 ein sehr hoher erster Schwellwert ist und da der zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 aufgrund der Auswertung des verstärkten Ultraschallempfangssignals 15 ein sehr niedriger zweiter Schwellwert 105 ist, folgt der zweite Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 immer dem ersten Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102 zeitlich nach. Dies liegt daran, dass der zweite Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 einen stärkeren Abfall der Schwingamplitude des piezoelektrischen Schwingelements 8 erfordert als der erste Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102. Das Verfahren der technischen Lehre der Schrift DE 10 2015 002 269 B3 verwendet somit die erste Zeitdifferenz 101 zwischen zwei Zeitpunkten. Diese zwei Zeitpunkte kennzeichnet jeweils das Unterschreiten der Amplitude des Hüllkurvensignals unter zwei jeweilige, korrespondierende und sehr unterschiedliche Schwellwerte während des Ausschwingvorgangs. Zum einen benutzt das Verfahren den ersten Komparator 23, dessen Vergleichseingang bevorzugt direkt am Schwingelement 8 (hoher erster Schwellwert) über das elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 angeschlossen ist. Zum Anderen benutzt das Verfahren den Vergleichseingang des zweiten Komparator 26 zur Auswertung des nach der Verstärkung (40-60dB) generierten Hüllkurvensignals (niedriger Schwellwert) des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Diese erste Zeitdifferenz 101 hat sich in Versuchen bei der Ausarbeitung des Vorschlags als sehr temperaturabhängig herausgestellt und bisher die kommerzielle Anwendung leider verhindert.
  • Nun ist jedoch eine Nahfeldmessung in automobilen Ultraschallsensorsystemen eine Anforderung, die unbedingt erfüllt werden sollte. Wie oben beschrieben ist jedoch das in der Schrift DE 10 2015 002 269 B3 beschriebene Nahbereichsverfahren auf Basis der temperaturabhängigen ersten Zeitdifferenz 101 parameter- und temperaturabhängig. Die bisher realisierten mikroelektronischen Schaltungen unterstützen das Verfahren der DE 10 2015 002 269 B3 daher nicht.
  • Aus der DE 10 2018 109 318 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem in einem ersten Betriebsmodus mit einem Ultraschallsensor der Ultraschallsensorvorrichtung fortlaufend Messungen durchgeführt werden. Bei einer Messung mit dem zumindest einen Ultraschallsensor wird gemäß der technischen Lehre der DE 10 2018 109 318 A1 ein Ultraschallsignal ausgesendet und das in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektierte Ultraschallsignal wird empfangen. Gemäß der technischen Lehre der DE 10 2018 109 318 A1 werden in dem ersten Betriebsmodus sowohl codierte Messungen, bei welchen das Ultraschallsignal codiert ausgesendet wird, als auch uncodierte Messungen, bei welchen das Ultraschallsignal uncodiert ausgesendet wird, durchgeführt. Dabei wird entsprechend der technischen Lehre der DE 10 2018 109 318 A1 von dem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus gewechselt wird, falls erkannt wird, dass sich ein Objekt in einem vorbestimmten Nahbereichin der Umgebung befindet, wobei in dem zweiten Betriebsmodus mit dem zumindest einen Ultraschallsensor ausschließlich uncodierte Messungen durchgeführt werden.
  • Aufgabe
  • Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist. Ziel ist die Angabe einer Lösung zur Reduktion oder Vermeidung der Temperatur- und Parameterabhängigkeit des Verfahrens der DE 10 2015 002 269 B3 .
  • Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind ggf. Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Ein Ultraschallsensorsystem 22 der eingangs beschriebenen Art löst die Aufgabe vorschlagsgemäß dadurch, dass der Ultraschallsensor 1 vorschlagsgemäß im Gegensatz zum Stand der Technik eine zusätzliche Kompensationsmessung durchführt. Anwendungen des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines Ultraschallmesssystems 22 finden sich insbesondere in Umfelderfassungsvorrichtungen. Beispielsweise können Fahrzeuge und/oder Roboter und/oder anderen mobile Vorrichtungen solche Umfelderfassungsvorrichtungen nutzen. Bei diesen Umfelderfassungsvorrichtungen kann es sich beispielsweise um Einparkhilfen und/oder Kollisionsverhinderungsvorrichtungen handeln. Im Falle von Robotern können die Umfelderfassungsvorrichtungen auch zur Erzeugung einer virtuellen Umfeldkarte in einem Rechnersystem des Roboters dienen. Beispielsweise kann eine solche Umfelderfassungsvorrichtung dem Erkennen und Klassifizieren von Hindernissen verschiedenster Art dienen. Mobile Vorrichtungen im Sinne der hier vorgelegten Schrift können insbesondere, aber nicht beschränkt darauf Vorrichtungen wie beispielsweise elektrische Transportkarren, Gabelstapler, Auslieferungsroboter, Transportroboter, aber auch Flugkörper wie Hubschrauber und/oder Drohnen sein.
  • Stationäre Vorrichtungen können die hier vorgestellten Umfelderfassungsvorrichtungen für die Vermessung von Objekten verwenden, die innerhalb oder außerhalb der betreffenden stationären Vorrichtungen sich der Umfelderfassungsvorrichtung näher oder die Umfelderfassungsvorrichtung passieren oder sich von der Umfelderfassungsvorrichtung entfernen. Beispielsweise kann eine Paketsortieranlage eine hier vorgestellte Umfelderfassungsvorrichtung nutzen, um Sendungen, also Pakete, auf einem Förderband der Paketsortieranlage zur vermessen und ggf. zu klassifizieren. Auch ist der Einsatz in Sicherheitsschleusen denkbar.
  • Der Ultraschallsensor 1 erzeugt durch eine oder mehrere zusätzliche Kompensationsmessung 504 mit einem ausgesendeten Ultraschallburst 10 mit nur einem Puls einen Referenzmesswert bzw. mehrere Referenzmesswerte. Diesen erzeugten Referenzmesswert bzw. diese erzeugten Referenzmesswerte verrechnen beispielsweise der Rechnerkern 2 des Ultraschallsensors 1 und/oder das Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 mit dem Messwert einer zeitlich nachfolgenden Ultraschallhauptmessung 505 des Ultraschallsensors 1. Zum besseren Verständnis verweist die hier vorgelegte Schrift in diesem Zusammenhang auf 5. Sofern das Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 die Verrechnung durchführt, überträgt der Rechnerkern 2 des Ultraschallsensors 1 zuvor den Referenzmesswert bzw. die Referenzmesswerte an das Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22. Der Rechnerkern 2 und/oder das Steuergerät 21 erzeugen so einen jeweiligen Kompensationswert aus dem Referenzmesswert bzw. aus den mehreren Referenzmesswerten. Ggf. können der Rechnerkern 2 und/oder das Steuergerät 21 aus mehreren Referenzmesswerten einen gemeinsamen Referenzmesswert erzeugen.
  • Der folgenden Text stellt den vorschlagsgemäßen Messablauf dar, den das vorgeschlagene Ultraschalsensorsystem 22 und dessen Ultraschallsensor 1 ausführen.
  • In einem ersten Schritt führt der Ultraschallsensor 1 des Ultraschalsensorsystems 22 eine erste Kompensationsmessung 504 mit einem kurzen ausgesendeten Ultraschallburst 10 durch. Bevorzugt umfasst der kurze ausgesendete Ultraschallburst 10 nur wenige Pulse. Bevorzugt umfasst der kurze ausgesendete Ultraschallburst 10 nur 5, besser 4, besser 3, besser 2, besser 1 Puls. Dabei ist ein ausgesendeter Ultraschallburst 10 mit genau einem Puls besonders für die Kompensationsmessung 504 bevorzugt. Dies hat u.a. auch den Vorteil, dass der Nahbereich für den zeitlich kurzen Ultraschallburst der Kompensationsmessung 504 besonders klein ist.
  • In einem zweiten, bevorzugt zeitlich nachfolgenden Schritt führt der Ultraschallsensor 1 eine zweite Ultraschallhauptmessung 505 mit einem zeitlich langen ausgesendeten Ultraschallburst 10 durch. Bevorzugt umfasst der lange ausgesendete Ultraschallburst 10 nur mehr Pulse als der kurze ausgesendete Ultraschallburst 10. Bevorzugt umfasst der lange ausgesendete Ultraschallburst 10 mehr als 1, besser mehr als 2, besser mehr als 3, besser mehr als 4, besser mehr als 5 Pulse. Dabei ist ein langer ausgesendeter Ultraschallburst 10 mit mehr als 5 Pulsen besonders bevorzugt.
  • Das hier offengelegte Verfahren schlägt vor, einen ersten kurzen Ultraschallburst 10 für eine Kompensationsmessung 504 auszusenden. Anschließend empfängt der Ultraschalltransducer 9 des Ultraschallsensorsystems 22 den kurzen reflektierten Ultraschallburst 12 und wandelt diesen wieder in das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 um. Das Ultraschallsensorsystem 22 empfängt einen ersten kurzen reflektierten Ultraschalburst 12, der sich im Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 als erstes Ultraschallhüllkurvensignal 504 äußert. Wie im Fall der technischen Lehre der DE 10 2015 002 269 B3 ermittelt das Ultraschallsensorsystem 22 aus dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 des ersten Ultraschallhüllkurvensignal 504 eine erste Zeitdifferenz 101 zwischen dem ersten Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 des zweiten Komparatorausgangssignals 28. Der erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 ist aufgrund der Auswertung des nicht verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 ein sehr hoher erster Schwellwert. Der zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 ist aufgrund der Auswertung des verstärkten Ultraschallempfangssignals 15 ein sehr niedriger zweiter Schwellwert 105. Daher folgt der zweite Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 immer dem ersten Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102 auch hier im Falle des ersten Ultraschallhüllkurvensignals 504 zeitlich nach. Dies liegt insbesondere daran, dass der zweite Zeitpunkt des zweiten Flankenwechsels 103 einen stärkeren Abfall der Schwingamplitude des piezoelektrischen Schwingelements 8 erfordert als der erste Zeitpunkt des ersten Flankenwechsels 102.
  • Das hier offengelegte Verfahren schlägt vor, dass das Ultraschallsystem 22 nach der Kompensationsmessung 504 mit dem Aussenden eines ersten kurzen Ultraschallburst 10 eine Ultraschallhauptmessung 505 mit dem Aussenden eines zweiten, langen Ultraschallbursts 10 durchzuführen. Anschließend empfängt der Ultraschalltransducer 9 des Ultraschallsensorsystems 22 den langen reflektierten Ultraschallburst 12 und wandelt diesen wieder in das elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 um. Das Ultraschallsensorsystem 22 empfängt diesen zweiten, langen reflektierten Ultraschalsensorburst 12. Der zweite, lange, reflektierte Ultraschalsensorburst 12 äußert sich im Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 als zweites Ultraschallhüllkurvensignal 505. Wie im Fall der technischen Lehre der DE 10 2015 002 269 B3 ermittelt das Ultraschallsensorsystem 22 aus dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 des zweiten Ultraschallhüllkurvensignal 505 nun eine zweite Zeitdifferenz 501. Dies ist die zweite Zeitdifferenz 501 zwischen dem dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden vierten Zeitpunkt 503 des vierten Flankenwechsels 503 des zweiten Komparatorausgangssignals 28. Wieder ist der erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 aufgrund der Auswertung des nicht verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 ein sehr hoher erster Schwellwert. Ebenso ist wieder der zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 aufgrund der Auswertung des verstärkten Ultraschallempfangssignals 15 ein sehr niedriger zweiter Schwellwert 105. Daher folgt der vierte Zeitpunkt des vierten Flankenwechsels 503 immer dem dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 auch hier im Falle des zweiten Ultraschallhüllkurvensignals 505 zeitlich nach. Dies liegt auch daran, dass der vierte Zeitpunkt des vierten Flankenwechsels 503 einen stärkeren Abfall der Schwingamplitude des piezoelektrischen Schwingelements 8 erfordert als der dritte Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502.
  • Die Ausarbeitung der technischen Lehre der hier vorgelegten Schrift ergab überraschend, dass der Verlauf der Temperaturabhängigkeit der ersten Zeitdifferenz 101 und der zweiten Zeitdifferenz 501 im Wesentlichen parallel verlaufen. Hierzu verweist der hier vorgelegte Text auf die beispielhafte, schematisch skizzierte 6, die das Ergebnis von Labormessungen ist.
  • Zunächst fokussiert sie die hier vorgelegte Beschreibung auf eine Ausprägung bei der ein Hüllkurvenfilter Teil eines analogen Eingangsverstärkers 14 ist. Diese Ausprägung ist in 1 schematisch und grob vereinfacht dargestellt.
  • Der Kern des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist nun, das Verfahren der DE 10 2015 002 269 B3 zu benutzen, aber als Eingangswert der DE 10 2015 002 269 B3 nicht die erste Zeitdifferenz 101 oder die zweite Zeitdifferenz 501 zu benutzen, sondern
    • • eine Differenz 601 aus erster Zeitdifferenz 101 minus der zweiten Zeitdifferenz 501 und/oder
    • • eine Differenz 601 aus zweiter Zeitdifferenz 501 minus der ersten Zeitdifferenz 101 und/oder
    • • das Verhältnis von zweiter Zeitdifferenz 501 geteilt durch die erste Zeitdifferenz 101 und/oder
    • • das Verhältnis von erster Zeitdifferenz 101 geteilt durch die zweite Zeitdifferenz 501 und/oder
    • • eine Verknüpfung der Werte der ersten Zeitdifferenz 101 und der zweiten Zeitdifferenz 501 mit funktionsäquivalenter Wirkung zu den drei vorausgehenden Vergleichsmetoden für den Vergleich der Werte der ersten Zeitdifferenz 101 mit denen der zweiten Zeitdifferenz 501
    zu benutzen. Bevorzugt verwenden der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 diese Vergleichsmethode. Bevorzugt erfassen hierzu der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 die erste Zeitdifferenz 101 und/oder die zweite Zeitdifferenz 501.
  • Die hier vorgestellt technische Lehre sieht in einer analog-lastigeren Ausprägung den besagten ersten Komparator 23 vor, der bevorzugt direkt mit dem elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 verbunden ist. Der besagte erste Komparator 23 vergleicht bevorzugt die Ausgangsspannungen des Ultraschall-Transducers 9 des elektrisches Ultraschallempfangssignals 13 direkt mit einem festen ersten Schwellwert eines ersten Schwellwertsignals 24. Das erste Komparatorausgangssignal 25 dieses ersten Komparators 23 ist in 1 beispielhaft eingezeichnet. Der erste Komparator 23 kann auch in einem Digitalteil in seiner Wirkung auf die Signalauswertung realisiert sein. Auch kann der Rechnerkern 2 den ersten Komparator 23 ggf. als eine Vergleichsoperation emulieren. In den beiden letzten Fällen, ist es zweckmäßig, wenn die Position des Analog-zu-Digital-Wandlers 16 im Signalpfad entsprechend früher positioniert ist. Die hier offengelegte Schrift verweist hierzu beispielhaft auf 4. Im Folgenden beschreibt die hier vorgelegte Schrift beispielhaft eine Realisierung durch einen analogen ersten Komparator 23 ohne die technische Lehre der die hier vorgelegte Offenlegung auf die Realisierung des Vergleichs durch einen Analogschaltkreis als ersten Komparator 23 zu beschränken.
  • Das erste Komparatorausgangssignal 25 dieses beispielhaften ersten Komparators 23 zeigt typischerweise eine digitale Oszillation solange die Amplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschall-Transducers 9 noch eine erhebliche Höhe hat. Typischerweise hat der feste erste Schwellwert, den der beispielhafte erste Komparator 23 des Ultraschallsensorsystems 22 für den Vergleich mit der Transducer-Spannungsamplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschall-Transducers 8 nutzt, dabei einen solchen Wert, dass sich der erste Zeitpunkt 102 bzw. der dritte Zeitpunkt 502 des Endes dieser Oszillation innerhalb einer Sendeperiode auch bei einem sehr nahen Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 beispielsweise bei Änderung der Temperatur des Ultraschallsensorsystems 22 nicht oder nur um wenige Oszillationstakte verschiebt. Damit können beispielsweise die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 durch digitale Glättung und Filterung des ersten Komparatorausgangssignal 25 dieses ersten Komparators 23 das zeitliche Ende der Ausschwingzeit zu einem ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 bzw. zu einem dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 innerhalb einer Sendeperiode sicher detektieren. Eine Sendeperiode im Sinne der hier vorgelegten Schrift beginnt dabei mit dem Beginn des ersten Pulses eines ersten Ultraschallbursts und endet mit dem Beginn des ersten Pulses des zeitlich unmittelbar nachfolgenden Ultraschallbursts. Dieser erste Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 liegt typischerweise um eine erste temperaturabhängige Zeitdifferenz 101 vor dem zweiten Zeitpunkt 103, zu dem das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 unterschreitet. Dieser zweite Zeitpunkt 103 ist aber aufgrund der großen Amplitude praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer 9. Auch der dritte Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 liegt um eine temperaturabhängige, zweite Zeitdifferenz 501 zeitlich vor dem vierten Zeitpunkt 503 des Unterschreitens des zweiten Schwellwerts des zweiten Schwellwertsignals 27 durch das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15, ist aber aufgrund der großen Amplitude praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer 9.
  • Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 lassen nun bevorzugt beispielsweise bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 bzw. bezogen auf diesen dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 erst nach dem Verstreichen einer jeweils folgenden dritten Zeitdifferenz durch einen Zeitgeber 41 zu, dass das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 den Empfang eines Echos nach Auswertung des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 signalisiert. Der Zeitgeber 41 ist bevorzugt ein Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 steuert typischerweise den Zeitgeber 41 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 bzw. von dem Ausgangssignal einer dem Exor-Gatter 30 funktionsäquivalenten dritten Logikschaltung. Des Weiteren steuert die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 typischerweise den Zeitgeber 41 in Abhängigkeit von dem ersten Komparatorausgangssignal 25. Bevorzugt kann auch der Rechnerkern 2 den Zeitgeber 41 mittels einer oder mehreren, in der 4 eingezeichneten Signalleitungen steuern und/oder beeinflussen. Alternativ kann der Rechnerkern 2 die Funktion des Zeitgebers 41 beispielsweise durch Emulation realisieren und mittels einer Signalleitung das Hüllkurvenfilter 33 beeinflussen. Der zweite Komparator 26 startet bevorzugt den Zeitgeber 41 mit dem Erreichen des ersten Zeitpunktes 102 bzw. mit dem Erreichen des dritten Zeitpunktes 502 mittels einer Signalisierung, die beispielsweise über die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 laufen kann.
  • Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 signalisiert den Beginn des Ausschwingvorgangs des Ultraschalltransducers 9 durch den ersten Flankenwechsel 102 zum ersten Zeitpunkt 102 bzw. durch den dritten Flankenwechsel 502 zum dritten Zeitpunkt 502. Das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 signalisiert das Ende des Ausschwingvorgangs des Ultraschalltransducers 9 durch den zweiten Flankenwechsel 103 zum zweiten Zeitpunkt 103 bzw. durch den vierten Flankenwechsel 503 zum vierten Zeitpunkt 503
  • Eine kleine Modifikation kann eine korrigierte Anzeige einer Reflektion durch das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 herbeiführen. Ein EXOR-Gatter 30 oder eine beispielsweise zeitweise funktionsäquivalente Logik kann beispielsweise das Ende des Ausschwingvorgangs des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 signalisieren. Das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 und bevorzugt ein EXOR-Steuersignal 32 der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder des Rechnerkerns 2 bilden die bevorzugten Eingänge des EXOR-Gatters 30 bzw. der besagten Logik. Der Ausgang 31 des EXOR-Gatters 30 bildet bevorzugt ein Eingangssignal der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18.
  • Das EXOR-Gatter 30 bzw. die besagte Logik schalten hierzu das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 auf einen ersten logischen Pegel. Dies geschieht bevorzugt am Ende der Sendephase des Ultraschalltransducers 9 für einen vordefinierten dritten Zeitraum bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502. Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 26 signalisierten dabei das Ende der Sendephase des Ultraschalltransducers 9. Der ersten Komparator 23 detektiert den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers 9. Die Länge dieses dritten Zeitraums entspricht dabei vorzugsweise der Länge der ersten Zeitdifferenz 101 ohne ein reflektierendes Objekt. Das Ultraschallsystem 22 ermittelt die zeitliche Dauer der ersten Zeitdifferenz 101 bevorzugt mittels eines kurzen Ultraschallpulses in der besagten beispielhaften Kompensationsmessung 504. Dies ist in 2 und 5 dargestellt. Bevorzugt richtet sich die Länge des dritten Zeitraums nicht nach der Länge der zweiten Zeitdifferenz 501. D.h. die hier vorgelegte Schrift schlägt vor, die Länge des dritten Zeitraums in Abhängigkeit von einer erfassten ersten Zeitdifferenz 101 festzulegen, den das Ultraschallsensorsystem 22 mit einem kurzen Ultraschallburst 504 in einer beispielhaften Kompensationsmessung 504.ermittelt.
  • Befindet sich nun ein Objekt 11 räumlich nahe am Ultraschalltransducer 9, so hebt das früh eintreffende Echo des früh eintreffenden, reflektierten Ultraschallbursts 12 den Amplitudenverlauf 107 der Hüllkurve in dem entsprechenden Zeitbereich an. Damit verlagert sich nun aber der vierte Zeitpunkt 503 zeitlich nach hinten. Da der kurze Ultraschallpuls der Kompensationsmessung 504 einen kleineren Nahbereich aufweist, existiert ein Bereich, in dem der der zweite Zeitpunkt 103 sich noch nicht zeitlich nach hinten verlagert. Aufgrund der EXOR-Verknüpfung des EXOR-Gatters 30 bzw. bei geeigneter Auslegung der entsprechenden ersatzweisen Logik schaltet der Ausgang der EXOR-Schaltung 30 das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23, das bisher am Ausgang 31 des EXOR-Gatters 30 anlag, auf den invertierten logischen Wert, was einem Echo entspricht. Die hier offengelegte überraschende Erkenntnis ist nun, dass zum Ersten das Ultraschallsensorsystem 22 hier nun im Gegensatz zum Stand der Technik, in der Lage ist, ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensorsystems 22 zu erkennen, ohne jedoch den exakten Ort dieses Objekts 11 ermitteln zu können. Durch die Verwendung des Werts der ersten Zeitdifferenz 101 als Ladewert des Zählers des Zeitgebers 41 ist nun aber diese Erkennung nicht mehr temperaturabhängig und damit brauchbar. Erreicht der Zählerwert des Zeitzählers des Zeitgebers 41 diesen Ladewert, so betätigt der Zeitgeber 41 das EXOR-Steuersignal 32 des EXOR-Gatters bzw. der dritten Logikschaltung 30. Hierdurch erkennt die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich. Mit dieser vorschlagsgemäßen Methode ist somit nun zwar eine genaue Lagebestimmung des Objekts 11 im Nahbereich nicht möglich. Es ist aber für die meisten Anwendungsfälle vollkommen ausreichend, wenn bereits das Vorhandensein eines Objekts 11 in diesem Nahbereich detektierbar ist. Diese Maßnahmen bis zu diesen Punkt verbessern das Empfangsverhalten des Ultraschallsensorsystems 22 bereits im Nahbereich.
  • Es hat sich jedoch darüber hinaus gezeigt, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 eine optimierte Anpassung der Filterung des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 und der Komparatorausgangssignale 28, 25 parallel zu den vorstehenden Maßnahmen durchführen sollten, um tatsächlich im automobilen Bereich brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Beide Maßnahmen, die unmittelbar zuvor beschriebene und die im Folgenden beschriebene, ergeben für sich alleine genommen bereits eine Verbesserung. Diese beiden Maßnahmen sind erfahrungsgemäß typischerweise für automobile Anwendungen aber alleine eben nicht ausreichend.
  • Der folgende Abschnitt beschäftigt sich mit der Parametrierung des Hüllkurven Filters insbesondere für die Zeit der Ultraschallhauptmessung 505. Im Gegensatz zum Stand der Technik hängen vorschlagsgemäß ein oder mehrere Parameter des Hüllkurven Filters von dem ersten Zeitpunkt 102 und/oder dem zweiten Zeitpunkt 103 und/oder dem Wert der ersten Zeitdifferenz 101 ab, die das Ultraschallsensorsystem 22 mittels einer bevorzugt unmittelbar zeitlich vorausgehenden Kompensationsmessung 504 bevorzugt ermittelt.
  • Die hier vorgelegte Schrift schlägt daher außerdem vor, dass das Ultraschallsensorsystem 22 ein Verfahren zu einer Anpassung der Parameter des Hüllkurvenfilters im Verstärker 14 für die Filterung des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 anwendet. Im Sinne der hier vorgelegten Schrift kann der Verstärker 14 ein Hüllkurvenfilter mit einer Bandpasscharakteristik umfassen. Das vorgeschlagene Verfahren ermittelt wieder den zweiten Zeitpunkt 103, zu dem der Momentanwert des Betrags des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 unterschreitet. Die hier vorgelegte Schrift schlägt nun vor, dass ab diesem bestimmten zweiten Zeitpunkt 103 beispielsweise der Rechnerkern 2 oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 die Bandpasscharakteristik des Hüllkurvenfilters des Verstärkers 14 so umschalten, dass die Bandpasscharakteristik des Hüllkurvenfilters des Verstärkers 14 schmalbandiger wird. Dieses Unterschreiten des Momentanwerts des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 unter den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 findet zu dem besagten zweiten Zeitpunkt 103 während der Kompensationsmessung 504 bzw. zu einem vierten Zeitpunkt 503 während der Ultraschallhauptmessung 505 statt. Bevorzugt ist also die Bandpasscharakteristik des Hüllkurvenfilters des Verstärkers 14 in einem gewissen Zeitbereich unmittelbar zeitlich vor diesem Umschalten zu diesem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zu diesem vierten Zeitpunkt 503 schmalbandiger. Am zeitlichen Ende einer Ultraschallpulsperiode setzen bevorzugt daher die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 die relevanten Parameter des Hüllkurvenfilters und/oder des Verstärkers 14 und/oder der anderen Vorrichtungsteile des Ultraschallsensorsystems 22 bzw. des Ultraschallsensors 1 auf für den Beginn einer Ultraschallpulsperiode vorgesehen Startwerte wieder zurück. Dies gilt typischerweise nicht für die erfasste Länge der ersten Zeitdifferenz 101, die bevorzugt bis zur nächsten Messung der zeitlichen Dauer dieser ersten Zeitdifferenz 101 mittels eines kurzen Ultraschallpulses in einer Kompensationsmessung 504 vorzugsweise beibehalten wird. In der Folge sinkt der Wert des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 mit einer langsameren Flanke ab. Bei einem solchen zweiten Schwellwertsignal 27 führt ein nahes Objekt 11 mit einem kurz nach Ultraschallburstaussendung eintreffenden, sogenannten „nahem Echo“ nicht mehr zu einer Unterschreitung des zweiten Schwellwerts 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 durch das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15. Das Ultraschallsensorsystem 22 kann dann den vierten Zeitpunkts 503 nicht mehr bestimmen. Bevorzugt greifen die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 und/oder das Ultraschallsensorsystem 22 und/oder der Ultraschallsensor dann als Ersatzwert auf den Wert der Sendeperiode zurück, die den Abstand zwischen zwei Pulsen entspricht. Bevorzugt verwenden diese diesen Wert dann als Ersatzwert für die zweite Zeitdifferenz 501. Ein nahes Objekt 11 mit einem kurz nach Ultraschallburstaussendung das ausgesendeten kurzen Ultraschallbursts 10 eintreffenden, sogenannten „sehr nahem Echo“ kann aber auch zu einer zeitlich späteren Unterschreitung des zweiten Schwellwerts 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 zu einem ersten Zeitpunkt 102 durch das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 führen. Der Grund ist, dass das Ausschwingen des Ultraschalltransducers 9 noch nicht beendet ist und das Objekt 11 dann so nah ist, dass dann auch der kurze Ultraschallburst der Kompensationsmessung 504 gestört ist.
  • Die hier vorgelegte Schrift schlägt vor, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 das Hüllkurvenfilter schrittweiseweise während einer Sendeperiode umgeschaltet. Bevorzugt ist das Hüllkurvenfilter ein Hüllkurvenfilter des Verstärkers 14. Dieses Umschalten kann im Extremfall so geschehen, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 analoge, Kennfrequenz bestimmende Komponenten des Hüllkurvenfilters kontinuierlich mittels Signalisierungen an den Verstärker 14 über nicht in den Figuren eingezeichnete Steuerleitungen nachregeln. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 führen das Umschalten oder das Nachregeln des Hüllkurvenfilters typischerweise eines Bandpassfilters, bevorzugt in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit seitdem ersten Zeitpunkt 102 durch. Typischerweise betrifft das Umschalten bzw. das Nachregeln die Kennfrequenzen und/oder Amplituden der Übertragungsfunktion des Hüllkurvenfilters. Verschiedene Möglichkeiten der Definition des Zeitwerts des Zeitraums der vergangenen Zeit sind möglich
    • • Der Zeitwert des Zeitraums der vergangenen Zeit kann dabei die Dauer des Zeitraums sein, der mit dem Ausschalten der Treiberstufen für den Ultraschall-Transducer 9 am Ende der Sendephase zu einem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zu einem vierten Zeitpunkt 503 beginnt. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 führen bevorzugt das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des Hüllkurvenfilters in Abhängigkeit von der Zeit ab dem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. ab dem vierten Zeitpunkt 503 durch.
    • • Alternativ oder auch zeitlich parallel können die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des Hüllkurvenfilters in Abhängigkeit von der Zeit ab dem bereits besprochenen ersten Zeitpunkt 102 bzw. ab dem dritten Zeitpunkt 503, ab dem das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 keine Oszillationen mehr zeigt, durchführen.
    • • Alternativ oder auch zeitlich parallel können die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 auch das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des Hüllkurvenfilters in Abhängigkeit von dem Hüllkurvensignal des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 durchführen.
  • Im letzteren Fall erfordert eine schrittweise Umschaltung ggf. weitere Komparatoren oder zu diesen Komparatoren funktionsäquivalente Vorrichtungen, die in Abhängigkeit von entsprechenden weiteren Schaltschwellen mit entsprechenden weiteren Schaltschwellensignalen diese Umschaltungen durchführen.
  • Bevorzugt erzeugt eine Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 die Schwellwertsignale 24 und 27 und ggf. weitere Schwellwertsignale. Bevorzugt steuern die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/der der Rechnerkern 2 die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 und die Erzeugung der Schwellwertsignale 24 und 27 und die Erzeugung ggf. weiterer Schwellwertsignale durch die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29. Bevorzugt erzeugt die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 die Schwellwertsignale 24 und 27 und ggf. die weiteren Schwellwertsignale in Abhängigkeit von der Zeit seit dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. der Zeit seit dem dritten Zeitpunkt 502 und/oder von der Zeit seit dem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. der zeit seit dem vierten Zeitpunkt 503 und/oder in Abhängigkeit von dem ersten Zeitdifferenz 101.
  • Im Ergebnis erhält man eine schnellere fallende Flanke des Amplitudenverlaufs 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 wodurch das Ultraschallsensorsystem 22 früher in der Lage ist, eine Reflektion von Objekten 11 im Nahbereich zu erkennen.
  • Angepasst an diesen systemtypischen Hüllkurvenverlauf des Amplitudenverlaufs 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 kann nun zusätzlich noch ein exponentiell abfallendes zweites Schwellwertsignal 27 vorgegeben werden. Hierbei detektiert der zweite Komparator 26 beispielsweise wieder das Unterschreiten des zweiten Schwellwertsignals 27 durch den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15. Dies geschieht zum zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zum vierten Zeitpunkt 503. Zeitverzögert um einen dritten Zeitraum gegenüber dem besagten ersten Zeitpunkt 102 innerhalb der Sendeperiode beginnt dann der exponentielle Abfall des Werts des zweiten Schwellwertsignals 27 auf einen vorgegebenen oder sonst wie ermittelten Restschwellwert mit einer vorgegebenen oder ermittelten ersten Zeitkonstante τ1. Bevorzugt hängt die zeitliche Dauer des dritten Zeitraums von der der Dauer des ersten Zeitdifferenz 101 oder der Differenz 601 aus zweiter Zeitdifferenz 501 und der ersten Zeitdifferenz 101 ab.
  • Das Basisverfahren ist somit zum einen um ein Verfahren zur Auswertung des elektrisches Ultraschallempfangssignals 13 eines piezoelektrischen Ultraschalltransducers 9. Dabei vergleichen ein erster Komparator 23 oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung in einem ersten Schritt den Momentanwert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem ersten Schwellwert und bildet in Abhängigkeit von dem Ergebnis ein erstes Komparatorausgangssignal 25 oder dergleichen. Der Verstärker 14 bildet in einem zweiten Schritt des Basisverfahrens vorzugsweise unter Verstärkung und Filterung des es elektrisches Ultraschallempfangssignals 13 das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15, das bevorzugt ein Hüllkurvensignal umfasst. Bevorzugt umfasst der Verstärker 14 ein Hüllkurvenfilter das bevorzugt im Signalbildungspfad des Verstärkers 14 für die Bildung des Hüllkurvensignals eingefügt ist. Die Parameter der Filterung in dem Hüllkurvenfilter des Verstärkers 14 sind dabei bevorzugt umschaltbar bzw. regelbar gestaltet. In einem nächsten Schritt des Basisverfahren bildet eine Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 das erste Schwellwertsignal 24 und das das zweite Schwellwertsignal 27 sowie ggf. weitere Schwellwertsignale. Insbesondere kann die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 dies und andere Schwellwertsignale 24 und 27 durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15 erzeugen. Auch kann die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 dies und andere Schwellwertsignale 24 und 27 durch Filterung aus dem elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 erzeugen. Typischerweise liegt dabei das zweite Schwellwertsignal 27 im Vergleich zum ersten Schwellwertsignal 24 so, dass der erste Komparator 23 bei höheren Amplituden elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 schaltet als der zweite Komparator 26. Der zweite Komparator 26 vergleicht sodann den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals mit dem zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27. Das Ausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 gibt die detektierten Echos wieder. Im Nahbereich gibt das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 die detektierten Echos wieder, wobei die Signalisierung im Nahbereich nur aussagt, dass ein Objekt sich im Nahbereich befindet. Daher kann der Rechnerkern 2 ggf. das Ausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 oder das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 direkt an das Steuergerät 21 signalisieren. Erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung ist das Feststellen des ersten Zeitpunktes 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502 des Ausschwingens des Ultraschalltransducers 9. Dies geschieht durch die Erfassung des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502 zu dem der Ausgang 25 des ersten Komparators 23 nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 kein Signal mehr zeigt. Dieses Ereignis zum ersten Zeitpunkt 102 bzw. zum dritten Zeitpunkt 502 startet typischerweise den besagten Zeitgeber 41 über die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 stoppen den Zeitgeber 41 am Ende einer Sendeperiode und setzen den Zeitgeber 41 dann bevorzugt auf einen vordefinierten
  • Wert zurück. Der Zeitgeber 41 kann Teil der die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder des Rechnerkerns 2 sein. Der Rechnerkern 2 kann den Zeitgeber 41 emulieren. In dem Beispiel der 1 ist der Zeitgeber 41 beispielhaft kein Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18.
  • Dieser Zeitgeber 41 schaltet das zweite Ausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 für einen vorbestimmten ersten Zeitraum Δt1 nach dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. nach dem dritten Zeitpunkt 503 des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) auf den jeweils anderen logischen Wert entsprechend dem Beispiel um. Also beispielsweise von 1 nach 0 und umgekehrt je nach Systemauslegung.
  • Diesem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren entspricht eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Ultraschallsensorsystems 22, die zumindest in Teilen das entsprechende Verfahren durchführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems insbesondere im Automobil. Sie weist einem Ultraschalltransducer 9 auf, dessen Spannungssignal erfasst wird. Eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die Teil des Verstärkers 14 des Ultraschallsensors 1 der Vorrichtung ist, ermittelt aus dem elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 das besagte Hüllkurvensignal des verstärktes elektrisches Ultraschallempfangssignals 15. Eine Schwellwerterzeugung 29, die ebenfalls Teil der Vorrichtung ist, erzeugt ein zweites Schwellwertsignal 27 mit einem zweiten Schwellwert 105. Des Weiteren weist die Vorrichtung den besagten zweiten Komparator 26 auf, der den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 24 mit dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignals 15 vergleicht. Der zweite Komparator erzeugt als Ergebnis dieses Vergleiches ein zweites Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26. Typischerweise wird dabei das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 durch eine Logik - z.B. ein EXOR-Gatter 30 - mittels eines Steuersignals invertiert oder auf einen festen Wert, insbesondere entsprechend dem Beispiel auf logisch 1, gelegt. Darüber hinaus weist die Vorrichtung typischerweise einen ersten Komparator 23 auf, der den Werteverlauf des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 Ultraschall-Transducers 9 mit einem ersten Schwellwerteines ersten Schwellwertsignals 24 vergleicht, wobei dieser erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 im Vergleich zum zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 so gewählt ist, dass der erste Komparator 23 bei höheren Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 schaltet als der zweite Komparator 26. Wie zuvor bereits beschrieben, weist die Vorrichtung eine Zeitpunktfeststellvorrichtung auf, die den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 bestimmt, ab dem der Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten.
  • Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung startet mittels eines Startsignals einen Zeitgeber 41, der Teil der Vorrichtung ist, der für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Steuersignals ab dem festgestellten ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 auf einen Zustand in der Art schaltet, der dem logischen Wert entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. Als Schaltvorrichtung dient bevorzugt eine Logik 30 oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung. Bevorzugt steuern der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 diese Umschaltung mittels einer Steuersignalisierung 32. Die Logik kann ein EXOR-Gatter 30 umfassen. In dem Fall kann ein EXOR-Steuersignal 32 dann die Signalisierung zum EXOR-Gatter 30 übertragen.
  • Darüber hinaus weist eine vorgeschlagene Vorrichtung bevorzugt ein weiteres Merkmal auf, das für sich alleine bereits zu einer Verbesserung über den Stand der Technik hinausführt, jedoch für sich alleine genommen noch nicht die modernen Anforderungen des automobilen Marktes erfüllt. Eine solche Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems weist wieder einem Ultraschalltransducer 9 auf, dessen elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 erfasst wir. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung als Teil eines Verstärkers 14 auf, die aus dem elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 ein Hüllkurvensignal eines verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 ermittelt. Dabei umfasst diese Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung bevorzugt ein steuerbares Hüllkurvenfilter. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist wieder eine Schwellwerterzeugung 29 auf, die ein zweites Schwellwertsignal 27 mit einem zweiten Schwellwert 105 erzeugt, und einen zweiten Komparator 26, der das zweite Schwellwertsignal 27 mit dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 vergleicht und ein zweites Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 erzeugt. Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 ändern mindestens eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters des Verstärkers 14 während des Betriebes der Vorrichtung zu zumindest einem Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem zweiten Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 oder korreliert zu diesem zweiten Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26.
  • In einer weiteren Ausprägung weist die Vorrichtung darüber hinaus einen ersten Komparator 23 auf, der das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 mit einem ersten Schwellwert eines ersten Schwellwertsignals 24 vergleicht, wobei dieser erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 im Vergleich zum zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 bevorzugt wieder so gewählt ist, dass der erste Komparator 23 bei höheren Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 schaltet als der zweite Komparator 26. Zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs weist die Vorrichtung wieder bevorzugt die besagte Zeitpunktfeststellvorrichtung auf. Diese bestimmt den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem zeitlichen Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 ab dem der Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten. Auf diese Weise wird ein fester zeitlicher Bezugspunkt geschaffen, der nun Steuerungsaufgaben ermöglicht. In Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt 102 bzw. diesen dritten Zeitpunkt 502 können nun Steuerungsaufgaben für das Hüllkurvenfilter des Verstärkers 14 und die Schwellwerterzeugung 29 zeitabhängig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung typischerweise einen Zeitgeber 41 auf. Der Zeitgeber 41 kann Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 sein, der nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung im Verstärker 14 bevorzugt mindestens zweimal ändert. Es ist natürlich denkbar, diese Änderung zu sehr vielen Zeitpunkten vorzunehmen, wodurch eine quasikontinuierliche Änderung des zweiten Schwellwertsignals 27 und/oder der Parameter des Hüllkurvenfilters ab dem besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. dem dritten Zeitpunkt 502 erfolgt. Im Extremfall kann es sich bei dem Zeitgeber 41 um eine analoge Vorrichtung handeln, die ein analoges Signal erzeugt, das beispielsweise durch einen Pegel den verstrichenen Zeitraum linear oder nichtlinear aber streng monoton fallend oder streng monoton steigend repräsentiert und das zweite Schwellwertsignal 24 und/oder einen oder mehrere der Parameter des Hüllkurvenfilters kontinuierlich steuert.
  • Im Falle einer diskreten Steuerung beispielsweise durch einen digitalen Zeitgeber 41 kann dieser beispielsweise auch nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 die Schwellwerterzeugung 29 derart steuern, dass der zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals ab diesem ersten Zeitpunkt 102 bzw. ab diesem dritten Zeitpunkt 502 exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert abfällt.
  • Die analoge Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1 steuert den Ultraschalltransducer 9 mit dem Ansteuersignal 7 typischerweise zu Beginn einer Sendeperiode für die Dauer einer Sendephase an. Nach der Sendephase steuert die analoge Ultraschallsendestufe 6 den Ultraschalltransducer 9 für die Dauer einer Bremsphase so an, dass er möglich viel Energie in kurzer Zeit verliert, um möglichst schnell auszuschwingen. Nach dem Ende der Bremsphase schwingt der Ultraschalltransducer 9 noch für die Dauer einer Ausschwingphase weiter. Die analoge Ultraschallsendestufe 6 ist nach dem Ausschwingen des Ultraschalltransducers 9 in der Ausschwingphase für den Rest der Sendeperiode in einer Empfangsphase bevorzugt inaktiv. Der Rest der Sendeperiode nach Sendephase und Bremsphase gliedert sich in Ausschwingzeit und Empfangszeit. Die Sendeperioden werden typischerweise periodisch wiederholt. Ein erster Komparator 23 vergleicht den Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 mit einem ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24, der typischerweise von einer Schwellwerterzeugung 29 vorgegeben wird. Der erste Schwellwert wird dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem zweiten Schellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 liegt. Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 wird bevorzugt von einer Zeitpunktfeststellvorrichtung ausgewertet. Die Zeitpunktfeststellvorrichtung ist bevorzugt Teil der digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Auch der Rechnerkern 2 kann als Zeitpunktfeststellvorrichtung fungieren. Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung bestimmt den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9, ab dem der Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten. Typischerweise liegen dieser erste Zeitpunkt 102 bzw. dieser dritte Zeitpunkt 502 jeweils in Form eines geeigneten jeweiligen Signals am Ausgang der Zeitpunktfeststellvorrichtung vor. Dieses Signal startet typischerweise den Zeitgeber 41. Der Zeitgeber 41 kann Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 sein. Der Rechnerkern 2 kann auch als Zeitgeber 41 arbeiten oder einen solchen Zeitgeber 41 umfassen. Das Erreichen des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502 innerhalb einer Sendeperiode startet somit bevorzugt den Zeitgeber 41. Das Ende einer Sendeperiode oder der Beginn einer Sendeperiode setzen bevorzugt den Zeitgeber 41 zurück. Der Start des Zeitgebers 41 erfolgt typischerweise bei einer abgeschalteten analogen Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1. In einer ersten Ausprägung schaltet der Zeitgeber 41 für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals 32 ab dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502 in der betreffenden Sendeperiode das zweite Komparatorausgangssignal 28 des zweiten Komparators 26 typischerweise mittels einer Logik 30 auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des zweiten Komparatorausgangssignals 28 des zweiten Komparators 26 entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In einer zweiten weniger bevorzugten Ausprägung ändert der Zeitgeber 41 mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502 in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung des Verstärkers 14 somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem fünften Zeitpunkt, der gegenüber dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. dem dritten Zeitpunkt 502 um einen dritten Zeitraum Δt3 verschoben ist, ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung innerhalb des Verstärkers 14 zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502. Gegenüber der Steuerung der Filtercharakteristik über den Zeitgeber 41 ist jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters mittels der Filtersteuerung und auf Basis des zweiten Komparatorausgangssignals 28 des zweiten Komparators 26 bevorzugt. Die Filtersteuerung ist dabei bevorzugt ein Teil der digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Auch der Rechnerkern 2 kann als Filtersteuerung dienen. In einer dritten Ausprägung ändert der Zeitgeber 41 nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung der Schwellwertsignale 24 und/oder 27 und ggf. weiterer Schwellwertsignale mittels der Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 bevorzugt derart, dass der durch die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 generierte zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert abfällt.
  • Dem Fachmann ist offensichtlich, dass die in diesem Blockschaltbild dargestellten Funktionalitäten zu großen Teilen auch als Software auf einem Signalprozessor ablaufen können. Insofern können ein oder mehrere Komponenten dieses Blockschaltbildes in einer Realisierung auch zu einer einzigen Vorrichtung zusammengefasst sein.
  • Der nun folgende Abschnitt bezieht sich auf eine Vorrichtung ähnlich der 4. Der wesentliche Unterschied zur 1 ist nun, dass der Analog-zu-Digital-Wandlers 16 die Analog-zu-DigitalWandlung im Empfangssignalpfad nicht nach der Erzeugung des Hüllkurvensignals mittels eines Hüllkurvenfilters im Verstärker 14, sondern vor der Erzeugung des Hüllkurvensignals in einem später im Empfangssignalpfad liegenden, separaten Hüllkurvenfilter 33 durchführt. Das Hüllkurvenfilter 33 ist in dem Beispiel der 4 also separat von dem Verstärker 14 ausgeführt. Ansonsten ist das Verfahren in analoger Weise weitestgehend gleich.
  • Im Sinne der hier vorgelegten Schrift umfasst ein Ultraschallsensorsystem 22 ein oder mehrere Ultraschallsensoren 1 und einen oder mehrere Datenbusse 20. Die Datenbusse 20 verbinden die Ultraschallsensoren 1 mit dem Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22, das in der Regel ein oder mehrere Rechnersysteme mit Speichern etc. umfasst. Die Ultraschallsysteme 22 umfassen im Sinne der hier vorgelegten Schrift jeweils zumindest einen Ultraschalltransducer 9 und einen Auswerteschaltkreis 37. Bevorzugt kann eine mögliche Realisierung eines vorgeschlagenen Auswerteschaltreises 37 ein Teil des Auswerteschaltkreises 37 des Ultraschallsensors 1 digital ausführen und einen anderen Teil analog ausführen. Bevorzugt umfasst daher der Auswerteschaltkreis 37 des vorschlagsgemäßen Ultraschallsensors 1 also einen Digitalteil 35 und einen Analogteil 36.
  • Bevorzugt weist der Ultraschalsensor 1 einen oder mehrere Spannungsregler 39 auf, die Vorrichtungsteile des Digitalteils 35 und/oder Vorrichtungsteile des Analogteils 36 mit elektrischer Energie aus einer oder mehreren Energiequellen versorgen. Bevorzugt versorgen eine positiver Versorgungsspannungsleitung 38 und eine negative Versorgungsspannungsleitung 40 die Spannungsregler 39 mit elektrischer Energie die diese wiederum an die anderen Vorrichtungsteile zumindest teilweise weitergeben. Diese Spannungsregler 39 sind zur Vereinfachung in den meisten Figuren nicht eingezeichnet. Ggf. steuert der Rechnerkern 2 diese Spannungsregler 39 ganz oder in Teilen. Die positive Versorgungsspannungsleitung 38 und die negative Versorgungsspannungsleitung 40 können auch Teil des Datenbusses 20 sein. Die positive Versorgungsspannungsleitung 38 und die negative Versorgungsspannungsleitung 40 können ggf. auch als Datenleitungen des Datenbusses 20 dienen.
  • Bevorzugt umfasst der Digitalteil 35 des Ansteuerschaltkreises 37 den Rechnerkern 2, die Steuersignale 4 für die digitale Ultraschallbursterzeugung 2 des Ultraschallsensors 1, die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1, das digitalisierte Ultraschallempfangssignal 17, das Hüllkurvenfilter 33, das aufbereitete, digitale Ultraschallempfangssigna 34, das bevorzugt das Hüllkurvensignal ist oder umfasst, die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und das gefilterte Ultraschallempfangssignal 19. Bevorzugt umfasst der Digitalteil 35 des Ansteuerschaltkreises 37 eine zweite digitale Vergleichslogik, die funktionsäquivalent zu dem zweiten Komparator 26 ein zweites Schwellwertsignal 27 mit dem aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignal 34, das bevorzugt das Hüllkurvensignal ist oder umfasst, vergleicht. Die zweite digitale Vergleichslogik vergleicht dabei den Wert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 und bildet den Wert des zweiten Komparatorausgangssignals 28. Bevorzugt ist bei dieser Realisierung das zweite Schwellwertsignal 27 ein digitales Signal, das die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 bildet. In diesem besonders einfachen Fall kann die entsprechende Teilvorrichtung der Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 beispielsweise ein Register sein, dass der Rechnerkern 2 über einen internen und zur besseren Übersicht nicht in den Figuren gezeichneten Datenbus des Digitalteils 35 mit einem Datenwert beschreiben und bevorzugt auch lesen kann.
  • Bevorzugt umfasst der Analogteil 36 die analoge Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1. Die analoge Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1 wandelt das digitale Ultraschallsendesignal 5 in das analoge Ansteuersignal 7 des Ultraschallsensors 1. Das Ansteuersignal 7 des Ultraschallsensors 1 treibt das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 an. Bevorzugt ist die Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1 in der zeitlichen Empfangsphase nach der Sendephase und der Ausschwingphase hochohmig, um das Ausgangssignal des Schwingelements 8, das elektrische Ultraschallempfangssignal 13, nicht zu sehr zu belasten. Der Verstärker 14 verstärkt und filtert bevorzugt das elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 zum verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15. Der Verstärker 14 und das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 sind bevorzugt Teil des Analogteils 36 des Ansteuerschaltkreises 37.
  • Der Analog-zu-Digital-Wandler 16 wandelt bevorzugt das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 zum digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17. Der Analog-zu-Digital-Wandler 16 wird typischerweise zum Analogteil 36 des Ansteuerschaltkreises 37 des Ultraschallsensors 1 gerechnet.
  • Im Gegensatz zu den zuvor vorgestellten Beispielen ist in diesem Beispiel das Hüllkurvenfilter 33 also nicht Teil das Verstärkers 14 im Analogteil 36 des Ansteuerschaltkreises 37 des Ultraschallsensors 1, sondern Teil des Digitalteils 35 des Ansteuerschaltkreises 37. Im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Beispielen ist das Hüllkurvenfilter 33 als entlang des Signalpfads in Richtung auf die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 verschoben.
  • Der Kern des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist nun, das Verfahren der DE 10 2015 002 269 B3 zu benutzen, aber als Eingangswert der DE 10 2015 002 269 B3 nicht die erste Zeitdifferenz 101 oder die zweite Zeitdifferenz 501 zu benutzen, sondern
    • • eine Differenz 601 aus erster Zeitdifferenz 101 minus der zweiten Zeitdifferenz 501 und/oder
    • • eine Differenz 601 aus zweiter Zeitdifferenz 501 minus der ersten Zeitdifferenz 101 und/oder
    • • das Verhältnis von zweiter Zeitdifferenz 501 geteilt durch die erste Zeitdifferenz 101 und/oder
    • • das Verhältnis von erster Zeitdifferenz 101 geteilt durch die zweite Zeitdifferenz 501 und/oder
    • • eine Verknüpfung der Werte der ersten Zeitdifferenz 101 und der zweiten Zeitdifferenz 501 mit funktionsäquivalenter Wirkung zu den drei vorausgehenden Vergleichsmetoden für den Vergleich der Werte der ersten Zeitdifferenz 101 mit denen der zweiten Zeitdifferenz 501
    zu benutzen.
  • Bevorzugt verwenden der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 diese Vergleichsmethode. Bevorzugt erfassen hierzu der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 die erste Zeitdifferenz 101 und/oder die zweite Zeitdifferenz 501.
  • Die hier vorgestellt technische Lehre sieht in einer nun hier beschriebenen digital-lastigeren Ausprägung den besagten ersten Komparator 23 bevorzugt im Analogteil 36 vor, der bevorzugt in dieser digital-lastigen Version direkt mit dem analogen elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 verbunden ist. Der besagte erste Komparator 23 vergleicht bevorzugt wieder die analogen Ausgangsspannungen des Ultraschall-Transducers 9 des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 direkt mit einem festen analogen ersten Schwellwert eines ersten Schwellwertsignals 24. Der erste Komparator 23 liefert dabei aber bevorzugt ein binäres, bevorzugt digitales Signal. Das bevorzugt digitale erste Komparatorausgangssignal 25 dieses ersten Komparators 23 ist in 4 beispielhaft eingezeichnet. Der erste Komparator 23 kann auch in dem Digitalteil 35 in seiner Wirkung auf die Signalauswertung realisiert sein, wenn der Analog-zu-Digital-Wandler 16 im Signalpfad statt wie in 4 nach dem Verstärker 14 direkt nach dem Ultraschalltransducer 9 angeordnet ist. Typischerweise ist dies aber nicht sinnvoll, da eine solche Anordnung die Auflösungsanforderungen an den Analog-zu-Digitalwandler 16 erhöht. Auch kann der Rechnerkern 2 den ersten Komparator 23 ggf. als eine Vergleichsoperation emulieren. In den beiden letzten Fällen, ist es zweckmäßig, wenn die Position des Analog-zu-Digital-Wandlers 16 im Signalpfad entsprechend früher positioniert ist. Die hier offengelegte Schrift verweist hierzu beispielhaft wieder auf 4. Im Folgenden beschreibt die hier vorgelegte Schrift beispielhaft eine Realisierung durch einen analogen ersten Komparator 23 ohne die technische Lehre der die hier vorgelegte Offenlegung auf die Realisierung des Vergleichs durch einen Analogschaltkreis als ersten Komparator 23 zu beschränken.
  • Das digitale erste Komparatorausgangssignal 25 dieses beispielhaften ersten Komparators 23 zeigt typischerweise eine digitale Oszillation solange die Amplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschall-Transducers 9 noch eine erhebliche Höhe hat. Typischerweise hat der feste erste Schwellwert, den der beispielhafte erste Komparator 23 des Ultraschallsensorsystems 22 für den Vergleich mit der Transducer-Spannungsamplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschall-Transducers 9 nutzt, dabei einen solchen Wert, dass sich der erste Zeitpunkt 102 bzw. der dritte Zeitpunkt 502 des Endes dieser Oszillation innerhalb einer Sendeperiode auch bei einem sehr nahen Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 beispielsweise bei Änderung der Temperatur des Ultraschallsensorsystems 22 nicht oder nur um wenige Oszillationstakte verschiebt. Damit können beispielsweise die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 und/oder das Hüllkurvenfilter 33 durch digitale Glättung und Filterung des ersten Komparatorausgangssignal 25 dieses ersten Komparators 23 das zeitliche Ende der Ausschwingzeit zu einem ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 bzw. zu einem dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 innerhalb einer Sendeperiode sicher detektieren. Dieser erste Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 liegt typischerweise um eine erste temperaturabhängige Zeitdifferenz 101 vor dem zweiten Zeitpunkt 103, zu dem das Hüllkurvensignal aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignals 34 den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 unterschreitet. Dieser zweite Zeitpunkt 103 ist aber aufgrund der großen Amplitude wieder praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer 9. Auch der dritte Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 liegt um eine temperaturabhängige, zweite Zeitdifferenz 501 zeitlich vor dem vierten Zeitpunkt 503 des Unterschreitens des zweiten Schwellwerts des zweiten Schwellwertsignals 27 durch das Hüllkurvensignal aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34, ist aber aufgrund der großen Amplitude praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer 9.
  • Das digitale Hüllkurven Filter 33 ist in dem hier vorgestellten Beispiel (siehe 4) nicht innerhalb des analogen Verstärkers 14, sondern im Empfangssignalpfad (13,14,15,16,17,33,34,18,19,2) nach dem Analog-zu-Digital-Wandler 16 angeordnet. Das Hüllkurvenfilter 33 extrahiert in dem Beispiel der 4 aus dem digitalisierten Ultraschallempfangssignal 17 des Analog-zu-Digital-Wandlers 16 das Hüllkurvensignal, das bevorzugt Teil des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 ist oder das aufbereitete, digitale Ultraschallempfangssignal 34 ist.
  • Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 lassen nun bevorzugt beispielsweise bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 bzw. bezogen auf diesen dritten Zeitpunkt 502 des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 erst nach dem Verstreichen einer jeweils folgenden dritten Zeitdifferenz durch einen Zeitgeber 41 zu, dass das zweite Komparatorausgangssignal 28 einer zweiten Vergleichslogik, die den Vergleich funktionsäquivalent zu dem zweiten Komparators 26 ausführt, den Empfang eines Echos nach Auswertung des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 signalisiert. Der Zeitgeber 41 kann auch ein Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 sein. Bevorzugt steuert der Rechnerkern 2 den Zeitgeber 41 mittels einer oder mehreren, in den 1 und 4 eingezeichneten Signalleitungen. Alternativ kann der Rechnerkern 2 die Funktion des Zeitgebers 41 und/oder der zweiten Vergleichslogik 26 beispielsweise durch Emulation realisieren. Die zweite Vergleichslogik 26, die die Funktion des zweiten Komparators 26 funktionsäquivalent realisiert, startet bevorzugt in dem Zeitgeber 41 einen Zählvorgang eines Zeitgebertakts des Zeitgebers 41 mit dem Erreichen des ersten Zeitpunktes 102 bzw. mit dem Erreichen des dritten Zeitpunktes 502.
  • Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 signalisiert den Beginn des Ausschwingvorgangs des Ultraschalltransducers 9 durch den ersten Flankenwechsel 102 zum ersten Zeitpunkt 102 bzw. durch den dritten Flankenwechsel 502 zum dritten Zeitpunkt 502. Das zweite Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Vergleichslogik, die den zweiten Komparator 26 funktionsäquivalent emuliert, signalisiert das Ende des Ausschwingvorgangs des Ultraschalltransducers 9 durch den zweiten Flankenwechsel 103 zum zweiten Zeitpunkt 103 bzw. durch den vierten Flankenwechsel 503 zum vierten Zeitpunkt 503
  • Eine kleine Modifikation kann auch hier eine korrigierte Anzeige einer Reflektion durch das zweite Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Vergleichslogik, die den zweiten Komparator 26 emuliert, herbeiführen. Ein EXOR-Gatter 30 oder eine beispielsweise zeitweise funktionsäquivalente dritte Logik kann beispielsweise das Ende des Ausschwingvorgangs des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 signalisieren. Das zweite Komparatorausgangssignal 28 und bevorzugt ein EXOR-Steuersignal 32 der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder des Rechnerkerns 2 bilden die bevorzugten Eingänge des EXOR-Gatters 30 bzw. der besagten dritten Logik. Der Ausgang 31 des EXOR-Gatters 30 bildet bevorzugt ein Eingangssignal der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18.
  • Das EXOR-Gatter 30 bzw. die besagte dritte Logik schalten hierzu das zweite Komparatorausgangssignal 28 auf einen ersten logischen Pegel. Dies geschieht bevorzugt am Ende der Sendephase des Ultraschalltransducers 9 für einen vordefinierten dritten Zeitraum bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502. Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 26 signalisiert dabei das Ende der Sendephase des Ultraschalltransducers 9. Der ersten Komparator 23 detektiert den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers 9. Die Länge dieses dritten Zeitraums entspricht dabei vorzugsweise der Länge der ersten Zeitdifferenz 101 ohne ein reflektierendes Objekt 11. Das Ultraschallsensorsystem 22 ermittelt die zeitliche Dauer der ersten Zeitdifferenz 101 bevorzugt mittels eines kurzen Ultraschallpulses in der besagten beispielhaften Kompensationsmessung 504. Dies ist in 2 und 5 dargestellt. Bevorzugt richtet sich die Länge des dritten Zeitraums nicht nach der Länge der zweiten Zeitdifferenz 501. D.h. die hier vorgelegte Schrift schlägt vor, die Länge des dritten Zeitraums in Abhängigkeit von einer erfassten ersten Zeitdifferenz 101 festzulegen, den das Ultraschallsensorsystem 22 mit einem kurzen Ultraschallburst 504 in einer beispielhaften Kompensationsmessung 504.ermittelt.
  • Befindet sich nun ein Objekt 11 räumlich nahe am Ultraschalltransducer 9, so hebt das früh eintreffende Echo und früh eintreffenden. reflektierten Ultraschallbursts 12 den Amplitudenverlauf 107 der Hüllkurve in dem entsprechenden Zeitbereich an. Damit verlagert sich nun aber der vierte Zeitpunkt 503 zeitlich nach hinten. Da der kurze Ultraschallpuls der Kompensationsmessung 504 einen kleineren Nahbereich aufweist, existiert ein Bereich, in dem der der zweite Zeitpunkt 103 sich noch nicht zeitlich nach hinten verlagert. Aufgrund der EXOR-Verknüpfung des EXOR-Gatters 30 bzw. bei geeigneter Auslegung der entsprechenden ersatzweisen dritten Logik schaltet der Ausgang der EXOR-Schaltung 30 das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23, das bisher am Ausgang 31 des EXOR-Gatters 30 anlag, auf den invertierten logischen Wert, was einem Echo entspricht. Die hier offengelegte überraschende Erkenntnis ist nun, dass zum Ersten das Ultraschallsensorsystem 22 hier nun wie aus dem Stand der Technik bekannt, in der Lage ist ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensorsystems 22 zu erkennen, ohne jedoch den exakten Ort dieses Objekts 11 ermitteln zu können. Durch die Verwendung des Werts der ersten Zeitdifferenz 101 als Ladewert des Zählers des Zeitgebers 41 ist nun aber diese Erkennung nicht mehr temperaturabhängig und damit brauchbar. Erreicht der Zählerwert des Zeitzählers des Zeitgebers 41 diesen Ladewert, so betätigt der Zeitgeber 41 das EXOR-Steuersignal 32 des EXOR-Gatters bzw. der dritten Logikschaltung 30. Hierdurch erkennt die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich. Mit dieser vorschlagsgemäßen Methode ist somit nun zwar eine genaue Lagebestimmung des Objekts 11 im Nahbereich nicht möglich. Es ist aber für die meisten Anwendungsfälle vollkommen ausreichend, wenn bereits das Vorhandensein eines Objekts 11 in diesem Nahbereich detektierbar ist. Diese Maßnahmen bis zu diesen Punkt verbessern das Empfangsverhalten des Ultraschallsensorsystems 22 bereits im Nahbereich.
  • Es hat sich jedoch darüber hinaus gezeigt, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 eine optimierte Anpassung der Filterung des Hüllkurvensignals des digitalen aufbereiteten, digitales Ultraschallempfangssignals 34 und der Komparatorausgangssignale 28, 25 parallel zu den vorstehenden Maßnahmen durchführen sollten, um tatsächlich im automobilen Bereich brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Beide Maßnahmen, die unmittelbar zuvor beschriebene und die im Folgenden beschriebene, ergeben für sich alleine genommen bereits eine Verbesserung. Diese beiden Maßnahmen sind erfahrungsgemäß typischerweise für automobile Anwendungen aber alleine eben nicht ausreichend.
  • Der folgende Abschnitt beschäftigt sich mit der Parametrierung des Hüllkurvenfilters 33 insbesondere für die Zeit der Ultraschallhauptmessung 505. Im Gegensatz zum Stand der Technik hängen vorschlagsgemäß ein oder mehrere Parameter des Hüllkurvenfilters 33 von dem ersten Zeitpunkt 102 und/oder dem zweiten Zeitpunkt 103 und/oder dem Wert der ersten Zeitdifferenz 101 ab, die das Ultraschallsensorsystem 22 mittels einer bevorzugt unmittelbar zeitlich vorausgehenden Kompensationsmessung 504 bevorzugt ermittelt.
  • Die hier vorgelegte Schrift schlägt daher außerdem vor, dass das Ultraschallsensorsystem 22 ein Verfahren zu einer Anpassung der Parameter des digitalen Hüllkurvenfilters 33 für die Filterung des digitalisierten Ultraschallempfangssignals 17 zu einem Hüllkurvensignal des aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignal 34 anwendet. Im Sinne der hier vorgelegten Schrift weist das digitale Hüllkurvenfilter 33 bevorzugt eine Bandpasscharakteristik auf. Das vorgeschlagene Verfahren ermittelt wieder den zweiten Zeitpunkt 103, zu dem der Momentanwert des Betrags des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignal 34 den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 unterschreitet. Die hier vorgelegte Schrift schlägt nun vor, dass ab diesem bestimmten zweiten Zeitpunkt 103 beispielsweise der Rechnerkern 2 oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 die Bandpasscharakteristik des digitalen Hüllkurvenfilters 33 so umschalten, dass die Bandpasscharakteristik des Hüllkurvenfilters 33 schmalbandiger wird. Dieses Unterschreiten des Momentanwerts des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 unter den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 findet zu dem besagten zweiten Zeitpunkt 103 während der Kompensationsmessung 504 bzw. zu einem vierten Zeitpunkt 503 während der Ultraschallhauptmessung 505 statt. Bevorzugt ist also die Bandpasscharakteristik des Hüllkurvenfilters 33 in einem gewissen Zeitbereich unmittelbar zeitlich vor diesem Umschalten zu diesem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zu diesem vierten Zeitpunkt 503 schmalbandiger. Am zeitlichen Ende einer Ultraschallpulsperiode setzen bevorzugt daher die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 die relevanten Parameter des Hüllkurvenfilters 33 und/oder des Verstärkers 14 und/oder der anderen Vorrichtungsteile des Ultraschallsensorsystems 22 bzw. des Ultraschallsensors 1 auf für den Beginn einer Ultraschallpulsperiode vorgesehen Startwerte wieder zurück. Dies gilt typischerweise nicht für die erfasste Länge der ersten Zeitdifferenz 101, die bevorzugt bis zur nächsten Messung der zeitlichen Dauer dieser ersten Zeitdifferenz 101 mittels eines kurzen Ultraschallpulses in einer Kompensationsmessung 504 vorzugsweise beibehalten wird. In der Folge sinkt der Wert des Hüllkurvensignals des Hüllkurvenfilters 33 mit einer langsameren Flanke ab. Bei einem solchen zweiten Schwellwertsignal 27 führt ein nahes Objekt 11 mit einem kurz nach Ultraschallburstaussendung eintreffenden, sogenannten „nahem Echo“ nicht mehr zu einer Unterschreitung des zweiten Schwellwerts 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 durch das Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. Das Ultraschallsensorsystem 22 kann dann den vierten Zeitpunkts 503 nicht mehr bestimmen. Bevorzugt greifen die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 und/oder das Ultraschallsensorsystem 22 und/oder der Ultraschallsensor 1 dann als Ersatzwert auf den Wert der Sendeperiode zurück, die den Abstand zwischen zwei Pulsen entspricht. Bevorzugt verwenden diese diesen Wert dann als Ersatzwert für die zweite Zeitdifferenz 501. Ein nahes Objekt 11 mit einem kurz nach Ultraschallburstaussendung des ausgesendeten kurzen Ultraschallbursts 10 eintreffenden, sogenannten „sehr nahem Echo“ kann aber auch zu einer zeitlich späteren Unterschreitung des zweiten Schwellwerts 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 zu einem ersten Zeitpunkt 102 durch das Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 führen. Der Grund ist, dass das Ausschwingen des Ultraschalltransducers 9 noch nicht beendet ist und das Objekt 11 dann so nah ist, dass dann auch der kurze Ultraschallburst der Kompensationsmessung 504 gestört ist.
  • Die hier vorgelegte Schrift schlägt vor, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 das digitale Hüllkurvenfilter 33 schrittweiseweise während einer Sendeperiode umgeschaltet. Bevorzugt ist das Hüllkurvenfilter 33 ein Hüllkurvenfilter des Digitalteils 35. Dieses Umschalten kann im Extremfall so geschehen, dass die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 analoge, Kennfrequenz bestimmende Komponenten des Hüllkurvenfilters 33 kontinuierlich mittels Signalisierungen an das Hüllkurvenfilter 33 über nicht in den Figuren eingezeichnete Steuerleitungen nachregeln bzw. nachsteuern. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 führen das Umschalten oder das Nachregeln des digitalen Hüllkurvenfilters 33, typischerweise eines Bandpassfilters, bevorzugt in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit seitdem ersten Zeitpunkt 102 durch. Typischerweise betrifft das Umschalten bzw. das Nachregeln die Kennfrequenzen und/oder Amplituden der Übertragungsfunktion des digitalen Hüllkurvenfilters 33. Verschiedene Möglichkeiten der Definition des Zeitwerts des Zeitraums der vergangenen Zeit sind möglich
    • • Der Zeitwert des Zeitraums der vergangenen Zeit kann dabei die Dauer des Zeitraums sein, der mit dem Ausschalten der Treiberstufen für den Ultraschall-Transducer 9 am Ende der Sendephase zu einem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zu einem vierten Zeitpunkt 503 beginnt. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 führen bevorzugt das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des digitalen Hüllkurvenfilters 33 in Abhängigkeit von der Zeit ab dem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. ab dem vierten Zeitpunkt 503 durch.
    • • Alternativ oder auch zeitlich parallel können die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des digitalen Hüllkurvenfilters 33 in Abhängigkeit von der Zeit ab dem bereits besprochenen ersten Zeitpunkt 102 bzw. ab dem dritten Zeitpunkt 502, ab dem das digitale erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 keine Oszillationen mehr zeigt, durchführen.
    • • Alternativ oder auch zeitlich parallel können die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 oder der Rechnerkern 2 auch das Umschalten und/oder das Nachregeln von Parametern des digitalen Hüllkurvenfilters 33 in Abhängigkeit von dem Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 durchführen.
  • Im letzteren Fall erfordert eine schrittweise Umschaltung ggf. weitere Komparatoren und/oder Vergleichslogiken und/oder Vergleichsoperationen oder zu diesen funktionsäquivalenten Vorrichtungen, die in Abhängigkeit von entsprechenden weiteren Schaltschwellen mit entsprechenden weiteren Schaltschwellensignalen diese Umschaltungen durchführen.
  • Bevorzugt erzeugt eine Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 die Schwellwertsignale 24 und 27 und ggf. weitere Schwellwertsignale. Bevorzugt steuern die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/der der Rechnerkern 2 die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 und die Erzeugung der Schwellwertsignale 24 und 27 und die Erzeugung ggf. weiterer Schwellwertsignale durch die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29. Bevorzugt erzeugt die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 die Schwellwertsignale 24 und 27 und ggf. die weiteren Schwellwertsignale in Abhängigkeit von der Zeit seit dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. der Zeit seit dem dritten Zeitpunkt 502 und/oder von der Zeit seit dem zweiten Zeitpunkt 103 bzw. der zeit seit dem vierten Zeitpunkt 503 und/oder in Abhängigkeit von dem ersten Zeitdifferenz 101.
  • Im Ergebnis erhält man eine schnellere fallende Flanke des Amplitudenverlaufs 107 des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 wodurch das Ultraschallsensorsystem 22 früher in der Lage ist, eine Reflektion von Objekten 11 im Nahbereich zu erkennen.
  • Angepasst an diesen systemtypischen Hüllkurvenverlauf des Amplitudenverlaufs 107 des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 kann nun zusätzlich noch ein zeitlich exponentiell abfallendes zweites Schwellwertsignal 27 vorgegeben werden. Hierbei detektiert die zweite Vergleichslogik, deren Funktion bevorzugt der eines zweiten Komparators 26 entspricht, beispielsweise wieder das Unterschreiten des zweiten Schwellwertsignals 27 durch den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. Dies geschieht zum zweiten Zeitpunkt 103 bzw. zum vierten Zeitpunkt 503. Zeitverzögert um einen dritten Zeitraum gegenüber dem besagten ersten Zeitpunkt 102 innerhalb der Sendeperiode beginnt dann der exponentielle Abfall des Werts des zweiten Schwellwertsignals 27 auf einen vorgegebenen oder sonst wie ermittelten Restschwellwert mit einer vorgegebenen oder ermittelten ersten Zeitkonstante τ1. Bevorzugt hängt die zeitliche Dauer des dritten Zeitraums von der der Dauer des ersten Zeitdifferenz 101 oder der Differenz 601 aus zweiter Zeitdifferenz 501 und der ersten Zeitdifferenz 101 ab.
  • Das Basisverfahren ist somit zum einen um ein Verfahren zur Auswertung des elektrisches Ultraschallempfangssignals 13 eines piezoelektrischen Ultraschalltransducers 9. Dabei vergleichen ein erster Komparator 23 oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung in einem ersten Schritt den Momentanwert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem ersten Schwellwert und bildet in Abhängigkeit von dem Ergebnis ein digitales erstes Komparatorausgangssignal 25 oder dergleichen. Der Verstärker 14 bildet in einem zweiten Schritt des Basisverfahrens vorzugsweise unter Verstärkung und Filterung des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15. Der Analog-zu-Digital-Wandler 16 wandelt bevorzugt das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 in ein digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17. Ein Hüllkurvenfilter 33 bildet aus dem digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17 typischerweise ein aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignal 34. Das aufbereitete, digitale Ultraschallempfangssignal 34 umfasst bevorzugt ein Hüllkurvensignal oder ist ein Hüllkurvensignal. Die Parameter der Filterung in dem Hüllkurvenfilter 33 sind dabei bevorzugt umschaltbar bzw. regelbar gestaltet. In einem nächsten Schritt des Basisverfahren bildet eine Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 das bevorzugt analoge erste Schwellwertsignal 24 und das bevorzugt digitale zweite Schwellwertsignal 27 sowie ggf. weitere Schwellwertsignale. Insbesondere kann die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 dies und andere Schwellwertsignale 24 und 27 durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 erzeugen. Auch kann die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 dies und andere Schwellwertsignale 24 und 27 durch Filterung aus dem elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 erzeugen. Typischerweise liegt dabei das zweite Schwellwertsignal 27 im Vergleich zum ersten Schwellwertsignal 24 so, dass der erste Komparator 23 bei höheren Amplituden elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 schaltet als die zweite Vergleichslogik, die den zweite Komparator 26 emuliert. Diese zweite Vergleichslogik, die den zweiten Komparator 26 emuliert, vergleicht sodann den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 mit dem zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27. Das Ausgangssignal 28 der zweiten Vergleichslogik, die den zweiten Komparator 26 emuliert, gibt die detektierten Echos wieder. Im Nahbereich gibt das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 die detektierten Echos wieder, wobei die Signalisierung im Nahbereich nur aussagt, dass ein Objekt sich im Nahbereich befindet. Daher kann der Rechnerkern 2 ggf. das Ausgangssignal 28 der zweiten Vergleichslogik, die den zweiten Komparators 26 emulier, oder das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 direkt an das Steuergerät 21 signalisieren. Erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung ist das Feststellen des ersten Zeitpunktes 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 503 des Ausschwingens des Ultraschalltransducers 9. Dies geschieht durch die Erfassung des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 503 zu dem der Ausgang 25 des ersten Komparators 23 nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 kein Signal mehr zeigt. Dieses Ereignis zum ersten Zeitpunkt 102 bzw. zum dritten Zeitpunkt 503 startet typischerweise den besagten Zeitgeber 41. Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 stoppen den Zeitgeber 41 am Ende einer Sendeperiode und setzen den Zeitgeber 41 dann bevorzugt auf einen vordefinierten Wert zurück.
  • Dieser Zeitgeber 41 schaltet das zweite Ausgangssignal 28 der zweiten Vergleichslogik, die den zweiten Komparator 26 emuliert, für einen vorbestimmten ersten Zeitraum Δt1 nach dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. nach dem dritten Zeitpunkt 503 des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) auf den jeweils anderen logischen Wert entsprechend dem Beispiel um. Also beispielsweise von 1 nach 0 und umgekehrt je nach Systemauslegung.
  • Diesem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren entspricht eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Ultraschallsensorsystems 22, die zumindest in Teilen das entsprechende Verfahren durchführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems insbesondere im Automobil. Sie weist einem Ultraschalltransducer 9 auf, dessen Spannungssignal erfasst wird. Eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die Teil des digitalen Hüllkurvenfilters 33 des Ultraschallsensors 1 der Vorrichtung ist, ermittelt aus dem digitalisierten Ultraschallempfangssignal 17 des Ultraschalltransducers 9 das besagte Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. Eine Schwellwerterzeugung 29, die ebenfalls Teil der Vorrichtung ist, erzeugt ein zweites Schwellwertsignal 27 mit einem zweiten Schwellwert 105. Des Weiteren weist die Vorrichtung die besagte zweite Logikschaltung, die den besagten zweiten Komparator 26 emuliert, auf. Die besagte zweite Logikschaltung vergleicht den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 24 mit dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals d des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. Die zweite Logikschaltung erzeugt als Ergebnis dieses Vergleiches ein zweites Komparatorausgangssignal 28. Typischerweise wird dabei das zweite Komparatorausgangssignal 28 durch eine dritte Logik - z.B. ein EXOR-Gatter 30 - mittels eines Steuersignals invertiert oder auf einen festen Wert, insbesondere entsprechend dem Beispiel auf logisch 1, gelegt. Darüber hinaus weist die Vorrichtung typischerweise einen ersten Komparator 23 auf, der den Werteverlauf des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 Ultraschall-Transducers 9 mit einem ersten Schwellwerteines ersten Schwellwertsignals 24 vergleicht, wobei dieser erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 im Vergleich zum zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 so gewählt ist, dass der erste Komparator 23 bei höheren Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 schaltet als die zweite Logikschaltung, die einen zweiten Komparator 26 emuliert. Wie zuvor bereits beschrieben, weist die Vorrichtung eine Zeitpunktfeststellvorrichtung auf, die den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 bestimmt, ab dem der Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten.
  • Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung startet mittels eines Startsignals einen Zeitgeber 41. Der Zeitgeber41 ist Teil der Vorrichtung. Der Zeitgeber 41 schaltet für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Steuersignals 32 und zeitlich ab dem festgestellten ersten Zeitpunkt 102 bzw. ab dem dritten Zeitpunkt 502 das zweite Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Logikschaltung, die den zweiten Komparator 26 emuliert, auf einen Zustand, der demjenigen logischen Wert entspricht, der signalisiert, dass keine Reflektion vorliegt. Als Schaltvorrichtung dient bevorzugt eine dritte Logik 30 oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung. Bevorzugt steuern der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 diese Umschaltung mittels einer Steuersignalisierung 32. Die dritte Logik kann ein EXOR-Gatter 30 umfassen. In dem Fall kann ein EXOR-Steuersignal 32 dann die Signalisierung zum EXOR-Gatter 30 übertragen.
  • Darüber hinaus weist eine vorgeschlagene Vorrichtung bevorzugt ein weiteres Merkmal auf, das für sich alleine bereits zu einer Verbesserung über den Stand der Technik hinausführt, jedoch für sich alleine genommen noch nicht die modernen Anforderungen des automobilen Marktes erfüllt. Eine solche Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems 22 weist wieder einem Ultraschalltransducer 9 auf, dessen elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 erfasst wird. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung 33 auf, digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17 ein aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignal 34 erzeugt, dass typischerweise das digitale Hüllkurvensignal umfasst. Dabei umfasst diese Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung 33 bevorzugt ein steuerbares Hüllkurvenfilter 33. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist wieder eine Schwellwerterzeugung 29 auf, die ein bevorzugt nun digitales zweites Schwellwertsignal 27 mit einem zweiten Schwellwert 105 erzeugt, und eine zweite Logikschaltung, die die Funktion eines zweiten Komparators 28 emuliert. Die zweite Logikschaltung vergleicht das zweite Schwellwertsignal 27 mit dem Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34 und erzeugt ein zweites Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Logikschaltung 26. Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 ändern mindestens eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters 33 während des Betriebes der Vorrichtung zu zumindest einem Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem zweiten Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Logikschaltung 26 oder korreliert zu diesem zweiten Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Logikschaltung 26.
  • In einer weiteren Ausprägung weist die Vorrichtung darüber hinaus einen ersten Komparator 23 auf, der das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 mit einem ersten Schwellwert eines ersten Schwellwertsignals 24 vergleicht, wobei dieser erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 im Vergleich zum zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 bevorzugt wieder so gewählt ist, dass der erste Komparator 23 bei höheren Werten des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 schaltet als die zweite Logikschaltung 26. Zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs weist die Vorrichtung wieder bevorzugt die besagte Zeitpunktfeststellvorrichtung auf. Diese bestimmt den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem zeitlichen Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9 ab dem der Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten. Auf diese Weise wird ein fester zeitlicher Bezugspunkt geschaffen, der nun wieder Steuerungsaufgaben ermöglicht. In Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt 102 bzw. diesen dritten Zeitpunkt 502 können nun Steuerungsaufgaben für das Hüllkurvenfilter 33 und die Schwellwerterzeugung 29 zeitabhängig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung typischerweise einen Zeitgeber 41 auf. Der Zeitgeber 41 kann Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 sein, der nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters 33 der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung bevorzugt mindestens zweimal ändert. Es ist natürlich denkbar, diese Änderung zu sehr vielen Zeitpunkten vorzunehmen, wodurch eine quasikontinuierliche Änderung des zweiten Schwellwertsignals 27 und/oder der Parameter des Hüllkurvenfilters 33 ab dem besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. dem dritten Zeitpunkt 502 erfolgt. In dem Beispiel der 4 handelt es sich bei dem Zeitgeber 41 bevorzugt um eine digitale Vorrichtung und/oder Logikschaltung, die ein digitales Signal erzeugt, das beispielsweise einen Wert der zeitlichen Dauer des verstrichenen Zeitraums linear oder nichtlinear aber streng monoton fallend oder streng monoton steigend mit dem Fortschreiten der Zeit repräsentiert und das zweite Schwellwertsignal 24 und/oder einen oder mehrere der Parameter des Hüllkurvenfilters 33 kontinuierlich steuert.
  • Im Falle einer diskreten Steuerung beispielsweise durch einen digitalen Zeitgeber 41 kann dieser Zeitgeber 41 beispielsweise auch nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den besagten ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 die Schwellwerterzeugung 29 derart steuern, dass der zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals ab diesem ersten Zeitpunkt 102 bzw. ab diesem dritten Zeitpunkt 502 exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert abfällt. In den 1 und 2 sind die eine oder mehreren Steuerleitungen, mit denen der Zeitgeber 41 die Schwellwerterzeugung 29 steuert zur besseren Übersicht nicht eingezeichnet. Diese Leitungen würden bei dem Zeitgeber 41 beginnen und bei der Schwellwerterzeugung 29 enden.
  • Die analoge Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1 steuert den Ultraschalltransducer 9 mit dem Ansteuersignal 7 typischerweise zu Beginn einer Sendeperiode für die Dauer einer Sendephase an. Nach der Sendephase steuert die analoge Ultraschallsendestufe 6 den Ultraschalltransducer 9 für die Dauer einer Bremsphase so an, dass er möglich viel Energie in kurzer Zeit verliert, um möglichst schnell auszuschwingen. Nach dem Ende der Bremsphase schwingt der Ultraschalltransducer 9 noch für die Dauer einer Ausschwingphase weiter. Die analoge Ultraschallsendestufe 6 ist nach dem Ausschwingen des Ultraschalltransducers 9 in der Ausschwingphase für den Rest der Sendeperiode in einer Empfangsphase bevorzugt inaktiv. Der Rest der Sendeperiode nach Sendephase und Bremsphase gliedert sich in Ausschwingzeit und Empfangszeit. Die Sendeperioden werden typischerweise periodisch wiederholt. Ein erster Komparator 23 vergleicht den Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignal 13 des Ultraschalltransducers 9 mit einem ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24, der typischerweise von einer Schwellwerterzeugung 29 vorgegeben wird. Der erste Schwellwert ist bevorzugt dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem zweiten Schellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 liegt. Das erste Komparatorausgangssignal 25 des ersten Komparators 23 wird bevorzugt von einer Zeitpunktfeststellvorrichtung ausgewertet. Die Zeitpunktfeststellvorrichtung ist bevorzugt Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Auch der Rechnerkern 2 kann als Zeitpunktfeststellvorrichtung fungieren. Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung bestimmt den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschalltransducers 9, ab dem der Wert des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 des Ultraschalltransducers 9 nicht mehr ausreicht, um den ersten Komparator 23 umzuschalten. Typischerweise liegen dieser erste Zeitpunkt 102 bzw. dieser dritte Zeitpunkt 502 jeweils in Form eines geeigneten jeweiligen Signals am Ausgang der Zeitpunktfeststellvorrichtung vor. Dieses Signal startet typischerweise den Zeitgeber 41. In dem Beispiel der 4 nimmt die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 die Funktion der Zeitpunktfeststellvorrichtung wahr. Der Zeitgeber 41 kann auch Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18 sein. Der Rechnerkern 2 kann auch als Zeitgeber 41 arbeiten oder einen solchen Zeitgeber 41 umfassen. Das Erreichen des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502 innerhalb einer Sendeperiode startet somit bevorzugt den Zeitgeber41. Das Ende einer Sendeperiode oder der Beginn einer Sendeperiode setzen bevorzugt den Zeitgeber 41 zurück. Der Start des Zeitgebers 41 erfolgt typischerweise bei einer abgeschalteten analogen Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1. In einer ersten Ausprägung schaltet der Zeitgeber 41 für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals 32 ab dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502 in der betreffenden Sendeperiode das zweite Komparatorausgangssignal 28 der zweiten Logikschaltung 26 typischerweise mittels einer dritten Logik 30 auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des zweiten Komparatorausgangssignals 28 der zweiten Logikschaltung 26 entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In einer zweiten weniger bevorzugten Ausprägung ändert der Zeitgeber 41 mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. dritten Zeitpunkt 502 in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters 33 der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem fünften Zeitpunkt, der gegenüber dem ersten Zeitpunkt 102 bzw. dem dritten Zeitpunkt 502 um einen dritten Zeitraum Δt3 verschoben ist, ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters 33 der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des ersten Zeitpunkts 102 bzw. des dritten Zeitpunkts 502. Gegenüber der Steuerung der Filtercharakteristik über den Zeitgeber 41 ist jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters 33 mittels der Filtersteuerung und auf Basis des zweiten Komparatorausgangssignals 28 der zweiten Logikschaltung 26 bevorzugt. Die Filtersteuerung ist dabei bevorzugt ein Teil der digitalen Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Auch der Rechnerkern 2 kann als Filtersteuerung dienen. In einer dritten Ausprägung ändert der Zeitgeber 41 nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den ersten Zeitpunkt 102 bzw. den dritten Zeitpunkt 502 einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung der Schwellwertsignale 24 und/oder 27 und ggf. weiterer Schwellwertsignale mittels der Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 bevorzugt derart, dass der durch die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 generierte zweite Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert abfällt.
  • Dem Fachmann ist offensichtlich, dass die in diesem Blockschaltbild dargestellten Funktionalitäten zu großen Teilen auch als Software auf einem Signalprozessor ablaufen können. Insofern können ein oder mehrere Komponenten dieses Blockschaltbildes in einer Realisierung auch zu einer einzigen Vorrichtung zusammengefasst sein.
  • Da die Energie des 1 Puls-Echos, also des kurzen Ultraschallbursts 504 sehr gering ist, wird der Ausschwingvorgang kaum gestört. Bei extrem nahen Objekten 11 können sich durch hin- und herlaufende Wellen die Verhältnisse umkehren, so dass es sinnvoll ist, ggf. auch negative Zeitdifferenzen oder Zeitverhältnisse kleiner eines unterhalb eines gewissen Schwellwertes zuzulassen.
  • Die Bestimmung des ersten Schwellwerts und ggf. des zweiten Schwellwerts 105 des zweiten Schwellwertsignals 27 ist typischerweise temperaturabhängig.
  • Die erfinderische Lösung basiert zusammengefasst auf zwei Grunderkenntnissen:
    1. a) Die erste Zeitdifferenz 101 eines ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit einem Ultraschallpuls ist in etwa zeitlich gleich lang, wie die die zweite Zeitdifferenz 501 eines ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit 16 Ultraschallpulsen.
    2. b) Ein ausgesendeter Ultraschallburst 10 mit einem Ultraschallpuls kann als im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 noch nicht durch reflektierte Ultraschallbursts 12 des Objekts 11 gestört angenommen werden.
  • Eine vorgeschlagene Lösung sieht dann so aus, dass von Zeit zu Zeit einzelne ausgesendete Ultraschallbursts 10 nur wenige Ultraschallpulse, bevorzugt nur genau einen Ultraschallpuls aufweisen. Der Ultraschallsensor 1 erfasst mit diesen kurzen ausgesendeten Ultraschallpulsen 10 in speziellen Kompensationsmessungen 504 die erste Zeitdifferenz 101. Der Ultraschallsensor 1 führt die Entfernungsmessungen jedoch normalerweise mit längeren ausgesendeten Ultraschallburst 10 währen der Ultraschallhauptmessungen 505 durch. Dies verleiht der Abstandsmessungen des Ultraschallsensors eine größere Reichweite. Diese Reichweite ist bei Objekten 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 aber gar nicht erforderlich, ja sogar kontraproduktiv, da sie den Totbereich, in dem der Ultraschallsensor 1 nichts detektieren kann, vergrößert.
  • Mit Hilfe der längeren ausgesendeten Ultraschallbursts 10 kann der Ultraschallsensor 1 eine zweite Zeitdifferenz 501 erfassen, die den Rückschluss auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 zulässt. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor 1 die zweite Zeitdifferenz 501 auf die Länge der ersten Zeitdifferenz 101 normieren und damit deren Verhältnis zueinander beurteilen. Hierdurch kann der Ultraschallsensor 1 Temperaturschwankungen herauskorrigieren.
  • Durch zusätzliche Kompensationsmessung 504 mit bevorzugt nur genau einem Ultraschallpuls im ausgesendeten Ultraschallburst 10 kann eine Referenz in Form eines Messwerts der ersten Zeitdifferenz 101 hergestellt werden. Der Rechnerkern 2 des Ultraschallsensors 1 verrechnet diesen Messwert wird mit dem Messwert einer typischerweise nachfolgenden Ultraschallhauptmessung 505 und erzeugt so eine Kompensation. Der Messablauf ist also bevorzugt so, dass erst eine 1-Puls-Messung, die besagte Kompensationsmessung 504, erfolgt und dann bevorzugt die normale Messung, die besagte Ultraschallhauptmessung 505. Die Reihenfolge ist jedoch zwar bevorzugt, aber nicht ausdrücklich zwingend. Es genügt auch, die Kompensationsmessung 504 von Zeit zu Zeit durchzuführen. Der Ultraschallsensor 1 kann auch in einer weniger bevorzugten Ausprägung zuvor mit einer oder mehreren Ultraschallhauptmessungen 505 gemessene Werte der Dauer der zweiten Zeitdifferenzen 501 abspeichern und dann erst zeitlich nachfolgend mittels einer ersten Zeitdifferenz 101 einer zeitlich nachfolgenden Kompensationsmessung 504 rückschauend bewerten. Die hier vorgelegte Schrift empfiehlt dieses mögliche Verfahren nicht.
  • Vorteil
  • Mit Hilfe der hier vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen ist eine Erfassung der Anwesenheit von Objekten 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 möglich. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt. Das Messverfahren ist durch die hier vorgeschlagene Vorgehensweise deutlich parameter- und temperaturunabhängiger.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine vorschlagsgemäße, beispielhafte Vorrichtung.
    • 2 zeigt den beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals eines Ultraschallbursts.
    • 3 zeigt die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der zeitlichen Dauer der ersten Zeitdifferenz 101 der 1 von der Temperatur.
    • 4 entspricht weitestgehend der 1, wobei das Hüllkurvenfilter 33 nun jedoch nicht Teil des Verstärkers 14 wie in 1 ist, sondern im Signalpfad hinter dem Analog-zu-Digital-Wandler 16 als digitales Hüllkurvenfilter 33 ausgeführt und angeordnet ist.
    • 5 entspricht der 1, wobei nun der Zeitgeber 41 das zweite Komparatorausgangssignal 28 nicht mehr invertiert.
    • 6 entspricht der 4, wobei nun der Zeitgeber 41 das zweite Komparatorausgangssignal 28 nicht mehr invertiert und die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 das zweite Komparatorausgangssignal 28 nun bevorzugt direkt auswerten.
    • 7 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals für einen ersten kurzen Ultraschallburst 504 und einen nachfolgenden langen Ultraschallburst 505.
    • 8 zeigt die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der ersten Zeitdifferenz 101 der 1 und 4 bis 6 von der Temperatur und die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der zweiten Zeitdifferenz 501 der 1 und 4 bis 6 von der Temperatur.
    • 9 zeigt einen ersten beispielhaften Ablauf beispielhafter Messesequenzen.
    • 10 zeigt einen zweiten beispielhaften Ablauf beispielhafter Messesequenzen.
    • 11 entspricht der 5 mit dem Unterschied, dass sie keinen Zeitgeber 41 aufweist.
    • 12 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass sie keinen Zeitgeber 41 aufweist.
    • 13 entspricht der 9 mit dem Unterscheid, dass der Ultraschallsensor 1 nachdem er im vierten Schritt 903 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 geschlossen hat, nun bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 auf Ultraschallhauptmessungen 505 mit kurzen Ultraschallpulsen 10 umschaltet.
    • 14 entspricht der 10 mit dem Unterscheid, dass der Ultraschallsensor 1 nachdem er im sechsten Schritt 1005 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 geschlossen hat, nun bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 auf Ultraschallhauptmessungen 505 mit kurzen ausgesendeten Ultraschallpulsen 10 umschaltet.
  • Beschreibung der Figuren
  • Figur 1
  • 1 zeigt eine vorschlagsgemäße, beispielhafte Vorrichtung. Die Vorrichtung stellt ein Ultraschallsensorsystem 22 dar. Das Ultraschallsensorsystem 22 umfasst ein Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 und einen oder mehrere Ultraschallsensoren 1. Der Ultraschallsensor 1 umfasst einen Auswerteschaltkreis 37. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst einen Rechnerkern 2. Ein Datenbus 20 verbindet den Rechnerkern 2 des Ultraschallsensors 1 mit dem Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22. Der Rechnerkern 2 erzeugt Steuersignale 2 für die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1. Es ist zweckmäßig, wenn der Rechnerkern 2 ggf. Statusinformationen digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 über einen internen Datenbus eines internen Ansteuerschaltkreises 37 abfragen kann. Die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 erzeugt ein digitales Ultraschallsendesignal 5. Die analoge Ultraschallsendestufe 6 des Ultraschallsensors 1 treibt mittels des Ansteuersignals 7 des Ultraschallsensors 1 das vorzugsweise piezoelektrische Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 an. Die die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 und die Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 sind mit den Steuersignalen für die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1 und mit dem digitalen Ultraschallsendesignal 5 und mit dem Ansteuersignal 7 des Ultraschallsensors 1 typischerweise Teil des Auswerteschaltkreises 37. Das Ansteuersignal 7 regt in der Sendephase typischerweise das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 zu ersten mechanischen Schwingungen an, die das Schwingelement 8 dann auf die umgebende Luft überträgt und als ausgesendeten Ultraschallburst 10 abstrahlt.
  • Das Ansteuersignal 7 dämpft bevorzugt in der zeitlich nachfolgenden Ausschwingphase die ersten mechanischen Schwingungen des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9.
  • Ein durch ein Objekt 11 reflektierter Ultraschallburst 12 regt das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 zu zweiten mechanischen Schwingungen in der zeitlich nachfolgenden Empfangsphase an. Diese zweiten mechanischen Schwingungen des Schwingelements 8 wandelt das Schwingelement 8 aufgrund seiner typischerweise vorhandenen piezoelektrischen Eigenschaften in ein elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 um. Ein Verstärker 14 wandelt das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 in ein verstärktes elektrisches Ultraschallempfangssignal 15. Bevorzugt umfasst der Verstärker 14 in diesem Beispiel der 1 eine Hüllkurvenerzeugung mit einem Hüllkurvenfilter. Das Hüllkurvenfilter erzeugt beispielsweise aus dem typischerweise verstärkten elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 ein Hüllkurvensignal, das bevorzugt Teil des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 ist. Das verstärkte elektrisches Ultraschallempfangssignal 15 kann also im Sinne der hier vorgelegten Schrift auch ein Signalbündel sein. Typischerweise umfasst der Auswerteschaltkreis 37 das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 und den Verstärker 14 mit dem Hüllkurvenfilter und das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15.
  • Eine Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 erzeugt beispielsweise ein erstes Schwellwertsignal 24, dass einem ersten Komparator 23 einen ersten Schwellwert signalisiert. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst bevorzugt die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 und das erste Schwellwertsignal 24 und den ersten Komparator 23.
  • Der erste Komparator 23 oder eine funktionsäquivalente Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 vergleichen diesen signalisierten ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 mit dem Wert des elektrisches Ultraschallempfangssignal 13 oder eines daraus abgeleiteten Signals und erzeugen in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein erstes Komparatorausgangssignal 25. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst typischerweise das erste Komparatorausgangssignal 25.
  • Ein Analog-zu-Digital-Wandler 16 wandelt bevorzugt das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 in ein digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17. Da das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 in dem Beispiel der 1 das Hüllkurvensignal umfasst oder ist, wandelt der Analog-zu-Digital-Wandler 16 bevorzugt das analoge Hüllkurvensignal im verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15 in ein digitalisiertes Hüllkurvensignal um. Das digitalisierte Hüllkurvensignal ist dabei bevorzugt eine Abfolge digitalisierter Abtastwerte des analogen Hüllkurvensignals im verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15. Diese Abfolge digitalisierter Abtastwerte des analogen Hüllkurvensignals ist bevorzugt eine Abfolge von Abtastwerten, die der Analog-zu-Digital-Wandler 16 zeitlich im Wesentlichen zu zeitlich äquidistanten Abtastzeitpunkten als zu diesen Abtastzeitpunkten vorliegende Werte des analogen Hüllkurvensignals im verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15 ermittelt. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst typischerweise den Analog-zu-Digitalwandler 16.
  • Der Auswerteschaltkreis 37 ermittelt mit Hilfe des ersten Komparators 23 und/oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 einen ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25. Dieser erste Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 stellt den Zeitpunkt dar, ab dem der Auswerteschaltkreis 37 den Beginn der zeitlichen Empfangsphase und das zeitliche Ende der zeitlichen Ausschwingphase annimmt. Somit signalisiert der erste Flankenwechsels 102 des ersten Komparatorausgangssignals 25 den Zeitpunkt des Beginns der zeitlichen Empfangsphase und des zeitlichen Endes der zeitlichen Ausschwingphase.
  • Die technische Lehre der hier vorgelegten Schrift schlägt vor, dass der Ultraschallsensor 1 zuerst einen oder mehrere kurze Ultraschallbursts 504 aussendet und dann einen oder mehrere lange Ultraschallbursts 505. Der Ultraschallsensor 1 erfasst den ersten Zeitpunkt 102 bevorzugt mit Hilfe eines kurzen Ultraschallbursts 504. Dem mit Hilfe eines oder mehrerer kurzer Ultraschallbursts 504 ermittelten ersten Zeitpunkt 102 entspricht ein dritter Zeitpunkt 502, den der Ultraschallsensor 1 mit Hilfe eines oder mehrerer langer Ultraschallbursts 505 in analoger Weise ermittelt.
  • Die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29 erzeugt beispielsweise ein zweites Schwellwertsignal 27, dass einem zweiten Komparator 26 einen zweiten Schwellwert signalisiert. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst bevorzugt das zweite Schwellwertsignal 27 und den zweiten Komparator 26.
  • Der zweite Komparator 26 oder eine funktionsäquivalente Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 vergleichen diesen signalisierten zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 oder eines daraus abgeleiteten Signals und erzeugen in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs ein zweites Komparatorausgangssignal 28. Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst typischerweise das zweite Komparatorausgangssignal 28.
  • Der Auswerteschaltkreis 37 ermittelt mit Hilfe des zweiten Komparators 26 und/oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 einen zweiten Zeitpunkt 103 des zweiten Flankenwechsels 103 des zweiten Komparatorausgangssignals 28. Dieser zweite Zeitpunkt 103 des zweiten Flankenwechsels 103 des zweiten Komparatorausgangssignals 28 stellt den Zeitpunkt dar, ab dem der Auswerteschaltkreis 37 das Eintreffen eines von einem Objekt 11 reflektierten Ultraschallbursts 12 annimmt. Somit signalisiert der zweite Flankenwechsels 103 des zweiten Komparatorausgangssignals 28 den Zeitpunkt eines Objektechos eines Objekts 11 im Sinne der hier vorgelegten Schrift.
  • Die technische Lehre der hier vorgelegten Schrift schlägt vor, dass der Ultraschallsensor 1 zuerst einen oder mehrere kurze Ultraschallbursts 504 aussendet und dann einen oder mehrere lange Ultraschallbursts 505. Der Ultraschallsensor 1 erfasst den zweiten Zeitpunkt 103 bevorzugt mit Hilfe eines kurzen Ultraschallbursts 504. Dem mit Hilfe eines oder mehrerer kurzer Ultraschallbursts 504 ermittelten zweiten Zeitpunkt 103 entspricht ein vierter Zeitpunkt 503, den der Ultraschallsensor 1 mit Hilfe eines oder mehrerer langer Ultraschallbursts 505 in analoger Weise ermittelt.
  • Unmittelbar nach dem Ende der Ausschwingzeit zum ersten Zeitpunkt 102 bzw. zum dritten Zeitpunkt 502 unterschreitet der Wert des Hüllkurvensignals des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 nicht den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27, da das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 noch nicht vollständig ausgeschwungen ist.
  • Die Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags ergab, dass die erste Zeitdifferenz 101 zwischen dem ersten Zeitpunkt 102 und dem zweiten Zeitpunkt 103 ohne ein reflektierendes Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 betragsmäßig gleich der zweiten Zeitdifferenz 501 zwischen dem dritten Zeitpunkt des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden vierten Zeitpunkt 503 des vierten Flankenwechsels des zweiten Komparatorausgangssignals 28 ist.
  • Die Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlags ergab ferner, dass die erste Zeitdifferenz 101 zwischen dem ersten Zeitpunkt 102 und dem zweiten Zeitpunkt 103 mit einem reflektierenden Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 betragsmäßig kleiner als die zweite Zeitdifferenz 501 zwischen dem dritten Zeitpunkt des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden vierten Zeitpunkt 503 des vierten Flankenwechsels des zweiten Komparatorausgangssignals 28 ist.
  • Der Auswerteschaltkreis 37 umfasst eine digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 wertet bevorzugt das digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17 aus und erzeugt ein gefiltertes Ultraschallempfangssignal 19 und ggf. weitere Daten und/oder Signale. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 stellt bevorzugt das gefilterte Ultraschallempfangssignal 19 und die ggf. weiteren Daten und/oder Signale dem Rechnerkern 2 zur Weiterleitung an das Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 und/oder zur Weiterverarbeitung und/oder Kompression zur Verfügung.
  • Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 ermitteln bevorzugt mit Hilfe eines oder mehrerer kurzer Ultraschallbursts 504 eine oder mehrere erste Zeitdifferenzen 101 zwischen jeweiligen ersten Zeitpunkten 102 und jeweiligen zweiten Zeitpunkten 103, die sich für eine Messung mit einem jeweiligen kurzen Ultraschallburst 504. ergeben. Bevorzugt ermitteln der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 aus mehreren ersten Zeitdifferenzen 101 beispielsweise durch Mittelung eine gemittelte erste Zeitdifferenz 101.
  • Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 starten bei der Messung mittels eines langen Ultraschallbursts 505 bevorzugt zu einem dritten Zeitpunkt 502 einen Zeitgeber 41. Der Zeitgeber 41 zählt typischerweise nun mit einem Zähltakt einen Zeitwert hoch. Erreicht der Zeitwert des Zeitgebers 41 den Zeitwert der ersten Zeitdifferenz 101 bzw. der mittleren ersten Zeitdifferenz 101 plus einem kleinen vorgegebenen Toleranzwert, so invertiert der Zeitgeber 41 mittels der EXOR-Verknüpfung 30 oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 das zweite Komparatorausgangssignal 28. Bevorzugt blockieren die EXOR-Verknüpfung 30 bzw. die funktionsäquivalenten Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 in einem kleinen zeitlichen Toleranzfenster um den Zeitpunkt herum, zu dem der Zeitwert des Zeitgebers 41 den Wert der ersten Zeitdifferenz 101 bzw. der mittleren ersten Zeitdifferenz 101 erreicht eine Signalisierung über das zweite Komparatorausgangssignal 28, um Jitter und Rauschen dieses zweiten Komparatorausgangssignals 28 zu unterdrücken. Insofern ist die EXOR-Funktion der XOR-Verknüpfung 30 eine Idealisierung zur vereinfachten Darstellung, die einen Fachmann aber nicht hindern wird. Die EXOR-Verknüpfung 30 bzw. die funktionsäquivalente Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 sind Teil des Auswerteschaltkreises 37.
  • Die EXOR-Verknüpfung 30 bzw. die funktionsäquivalente Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 erzeugen das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30.
  • Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 werten das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30 und/oder das erste Komparatorausgangssignal 25 und/oder den Zeitwert des Zeitgebers 41 aus und steuern in Abhängigkeit davon bevorzugt den Zeitgeber 41. Mittels dieser Auswertung des Ausgangssignals 31 des EXOR-Gatters 30 und/oder des ersten Komparatorausgangssignals 25 ermitteln der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 den ersten Zeitpunkt 102 und den zweiten Zeitpunkt 103, sowie ggf. den dritten Zeitpunkt 502 und den vierten Zeitpunkt 503 und daraus die erste Zeitdifferenz 101 und ggf. die zweite Zeitdifferenz 501.
  • Der Rechnerkern 2 und/oder der Zeitgeber 41 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 steuern bevorzugt in Abhängigkeit vom Zeitwert des Zeitgebers 41 die Parameter des Verstärkers 14 und des darin enthaltenen Hüllkurvenfilters sowie die Schwellwerterzeugungsvorrichtung 29. In der 1 sind entsprechend zwei Signalisierungsleitungen eingezeichnet. Statt spezieller Signalisierungsleitungen kommt auch beispielsweise die Verwendung eines gemeinsamen internen Datenbusses zur Einstellung und/oder Veränderung von Parametern von Vorrichtungsteilen des Auswerteschaltkreises 37 durch den Rechnerkern 2 und/oder andere Vorrichtungsteile in Frage.
  • Die gesteuerten Parameter können Filterfrequenzen des Hüllkurvenfilters und/oder Verstärkungen des Verstärkers 14 und/oder der erste Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24 und/oder der zweite Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 sein, die im zeitlichen Verlauf innerhalb einer Sendeperiode gezielt verändert werden können.
  • Ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 führt zu einer zeitlichen Vergrößerung der Dauer der zweiten Zeitdifferenz 501 gegenüber der ersten Zeitdifferenz 101.
  • Der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können auf vier verschiedene Arten somit aus der ersten Zeitdifferenz 101 im Verhältnis zur zweiten Zeitdifferenz 501 auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 schließen:
    1. i. Ist die Differenz des Betrags der ersten Zeitdifferenz 101 minus dem Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501 kleiner (da negativ) als ein minimaler Zeitdifferenzschwellwert, so schließen der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    2. ii. Ist die Differenz des Betrags der zweiten Zeitdifferenz 501 minus dem Betrag der ersten Zeitdifferenz 101 größer (da positiv) als ein maximaler Zeitdifferenzschwellwert, so schließen der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    3. iii. Ist der Bruch aus dem Betrag der ersten Zeitdifferenz 101 geteilt durch den Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501 kleiner als ein minimaler Zeitverhältnisschwellwert, so schließen der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    4. iv. Ist der Bruch aus dem Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501 geteilt durch den Betrag der ersten Zeitdifferenz 101 größer als ein maximaler Zeitverhältnisschwellwert, so schließen der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können auf ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
  • Stattdessen kann der Rechnerkern 2 auch den Zeitwert des ersten Zeitpunkts 102 und den Zeitwert des zweiten Zeitpunkts 103 und den Zeitwert des dritten Zeitpunkts 502 und den Zeitwert des vierten Zeitpunkts 503 über den Datenbus 20 an das Steuergerät 21 übertragen. In dem Fall führt das Steuergerät 21 die oben angegebenen Vergleiche i bis iv an Stelle des Rechnerkerns 2 bevorzugt aus.
  • Stattdessen kann der Rechnerkern 2 auch den Zeitwert der ersten Zeitdifferenz 101 und den Zeitwert der zweiten Zeitdifferenz 501 über den Datenbus 20 an das Steuergerät 21 übertragen. In dem Fall führt das Steuergerät 21 die oben angegebenen Vergleiche i bis iv an Stelle des Rechnerkerns 2 ebenfalls bevorzugt aus.
  • Sofern der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 schließen, signalisiert der Rechnerkern 2 bevorzugt dieses Ergebnis bevorzugt über den Datenbus 20 an das Steuergerät 21.
  • Dem Fachmann ist offensichtlich, dass im Falle einer Auswertung mittels der unmittelbar vorstehenden Alternativen i bis iv eine Auswertung mittels EXOR-Verknüpfung 30 oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 nicht mehr notwendig ist. In dem Fall kann ggf. auf den Zeitgeber 41 und die EXOR-Verknüpfung 30 bzw. die dazu funktionsäquivalente Teilvorrichtung des Auswerteschaltkreises 37 verzichtet werden. In dem Fall ersetzt das zweite Komparatorausgangssignal 28 das Ausgangssignal 31 des EXOR-Gatters 30; als Ansteuersignal der die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bzw. des Rechnerkerns 2.
  • Figur 2.
  • 2 zeigt den beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals eines Ultraschallbursts. Im Fall der 1 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Im Fall der 4 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignals 34. Die y-Achse stellt den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals dar. Dieser Amplitudenverlauf 107 ist hier beispielhaft in LSB des Analog-zu-Digital-Wandlers 16 angegeben. Zu Beginn, während der Sendephase, weist der zeitliche Amplitudenverlauf 107 eine Übersteuerung des Analog-zu-Digital-Wandlers 16 und/oder des Verstärkers 14 durch den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals auf. Zu einem ersten Zeitpunkt 102 unterschreitet die Amplitude des elektrisches Ultraschallempfangssignals 13 den ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24. Zu diesem ersten Zeitpunkt 102 ändert das erste Komparatorausgangssignal 25 seinen logischen Zustand und weist eine erste Flanke auf. Nach dem Vergehen einer ersten Zeitdifferenz 101 unterschreitet zu einem zweiten Zeitpunkt 103 den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals den zweiten Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27.
  • Figur 3
  • 3 zeigt die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der zeitlichen Dauer der der ersten Zeitdifferenz 101 der 1 von der Temperatur des Ultraschalltransducers 9.
  • Figur 4
  • 4 entspricht weitestgehend der 1. Das Hüllkurvenfilter 33 ist nun jedoch nicht Teil des Verstärkers 14 wie in 1, sondern im Signalpfad hinter dem Analog-zu-Digital-Wandler 16 als digitales Hüllkurvenfilter 33 ausgeführt und angeordnet. Die zum zweiten Komparator 26 funktionsäquivalente zweite Vergleichslogik vergleicht den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. In dem Beispiel der 4 verstärkt und/oder filtert der Verstärker 14 das elektrische Ultraschallempfangssignal 13 zum verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignal 15. In dem Beispiel der 4 umfasst typischerweise der Verstärker 14 kein Hüllkurvenfilter. Das Hüllkurvenfilter 33 ist in dem Beispiel der 4 anders als im Beispiel der 1 bevorzugt digital ausgeführt. Daher ist in dem Beispiel der 4 das Hüllkurvenfilter 33 im Digitalteil 35 im Signalpfad hinter dem Analog-zu-Digital-Wandler 16 beispielhaft angeordnet. In dem Beispiel der 4 umfasst daher das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 typischerweise nicht das Hüllkurvensignal. In dem Beispiel der 4 wandelt der Analog-Zu-Digital-Wandler 16 das verstärkte elektrische Ultraschallempfangssignal 15 zum digitalisiertes Ultraschallempfangssignal 17. Das Hüllkurvenfilter 33 filtert in dem Beispiel der 4 das digitalisierte Ultraschallempfangssignal 17 zum aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignal 34. Bevorzugt umfasst das aufbereitete, digitale Ultraschallempfangssignal 34 das Hüllkurvensignal ist oder das aufbereitete, digitale Ultraschallempfangssignal 34 ist bevorzugt das digitalisierte Hüllkurvensignal. Der Analog-zu-Digital-Wandler 16 ist somit in dem Beispiel der 4 vor dem aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignal 34 im Signalpfad angeordnet. Die zum zweiten Komparator 26 funktionsäquivalente zweite Vergleichslogik vergleicht den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34. Und erzeugt in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs das bereits beschriebene zweite Komparatorausgangssignal 28. In der 4 ist die zweite Vergleichslogik mit dem Symbol für den zweiten Komparator 26 eingezeichnet, um die Funktionsäquivalenz zu verdeutlichen.
  • Die übrige Signalverarbeitung der 4 entspricht der der 1.
  • Figur 5
  • 5 entspricht der 1, wobei nun der Zeitgeber 41 das zweite Komparatorausgangssignal 28 nicht mehr invertiert. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 werten das zweite Komparatorausgangssignal 28 nun bevorzugt direkt aus.
  • Figur 6
  • 6 entspricht der 4, wobei nun der Zeitgeber 41 das zweite Komparatorausgangssignal 28 nicht mehr invertiert. Die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 und/oder der Rechnerkern 2 werten das zweite Komparatorausgangssignal 28 nun bevorzugt direkt aus.
  • Figur 7
  • 7 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals für einen ersten kurzen Ultraschallburst 504 und einen nachfolgenden langen Ultraschallburst 505hier beispielhaft in LSB des Analog-zu-Digital-Wandlers 16. Im Fall der 1 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Im Fall der 4 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignals 34. Für das angewandte Verfahren ist es unerheblich, ob das Hüllkurvensignal analog (1) oder digital (4) vorliegt. Der erste Komparator 23 vergleicht typischerweise den Wert der Amplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 mit dem ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24. Unterschreitet die Amplitude des elektrischen Ultraschallempfangssignals 13 mit dem ersten Schwellwert des ersten Schwellwertsignals 24, so signalisiert der erste Komparator 23 den ersten Zeitpunkt 102 durch einen ersten Flankenwechsel seines ersten
  • Komparatorausgangssignals 25. Dieser Flankenwechsel des ersten Komparatorausgangssignals 25 ist in der 7 eingezeichnet. Die Skala der Y-Achse bezieht sich dabei nicht auf das erste Komparatorausgangssignals 25. Der Leser kann davon ausgehen, dass der Wert des ersten Komparatorausgangssignals 25 von einem ersten logischen Wert zu einem zweiten logischen Wert zum ersten Zeitpunkt 102 wechselt. Beginnt die Aussendung eines neuen Ultraschallpulses nach Ablauf der Sendeperiode 506 nach dem letzten Beginn der Aussendung des letzten Ultraschallpulses so wechselt bevorzugt der Wert des ersten Komparatorausgangssignals 25 von dem zweiten logischen Wert bevorzugt zurück zu einem ersten logischen Wert.
  • Das Beispiel der 7 zeigt ein erstes Ultraschallhüllkurvensignal 504 gefolgt von einem zweiten Ultraschallhüllkurvensignal 505 als Teile des Amplitudenverlaufs 107 der Amplitude 106 des Hüllkurvensignals. In dem Beispiel der 7 geht eine beispielhafte Kompensationsmessung in Form des ersten Ultraschallhüllkurvensignals 504 einer beispielhaften Ultraschallhauptmessung in Form eines zweiten Ultraschallhüllkurvensignals 505 voraus. Der Ultraschallsensor 1 verwendet bevorzugt für die Kompensationsmessung 504 einen Ultraschallburst mit nur wenigen, vorzugsweise nur einem, Ultraschallpuls. Der Ultraschallsensor 1 verwendet bevorzugt für die Ultraschallhauptmessung 505 einen Ultraschallburst mit mehreren, vorzugsweise mehr als zwei, Ultraschallpulsen.
  • Mit dem Erreichen des ersten Zeitpunkts 102 erreicht der Ultraschallsensor 1 das Ende der Sendephase für die Kompensationsmessung 504. Mit dem weiteren Ausschwingen des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 unterschreitet der Amplitudenverlauf 106 des Hüllkurvensignals den ersten Schwellwert 105 des ersten Schwellwertsignals 27 zu einem zweiten Zeitpunkt 103. Der Zeitwert der Zeitdifferenz aus dem zweiten Zeitpunkt 103 minus dem ersten Zeitpunkt 102 stellt die erste Zeitdifferenz 101 dar. Diese erste Zeitdifferenz 101 ist der Referenzwert, mit dessen Hilfe der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bei nachfolgenden Ultraschallhauptmessungen 505 mit längeren Ultraschallbursts 10 mit mehreren Ultraschallpulsen beurteilen, ob die dann erfassten zweiten Zeitdifferenzen 501 soweit von dieser ersten Zeitdifferenz 101 betragsmäßig abweichen, dass der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 davon ausgehen müssen, dass sich ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befindet. Mit dem Erreichen des dritten Zeitpunkts 502 erreicht der Ultraschallsensor 1 das Ende der Sendephase für die betreffende Ultraschallhauptmessung 505. Mit dem dann folgenden weiteren Ausschwingen des Schwingelements 8 des Ultraschalltransducers 9 unterschreitet wieder der Amplitudenverlauf 106 des Hüllkurvensignals den ersten Schwellwert 105 des ersten Schwellwertsignals 27 zu einem vierten Zeitpunkt 503. Der Zeitwert der Zeitdifferenz aus dem vierten Zeitpunkt 503 minus dem dritten Zeitpunkt 502 stellt die zweite Zeitdifferenz 501 dar.
  • Befindet sich kein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1, so kann das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 ungehindert ausschwingen. Dies ist im Folgenden der erste Betriebsfall. Die Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlagsergab, dass unter dieser Voraussetzung die erste Zeitdifferenz 101 von der zweiten Zeitdifferenz 501 nicht wesentlich abweicht. Abweichungen zwischen der ersten Zeitdifferenz 101 und der zweiten Zeitdifferenz 501 lassen sich in diesem ersten Betriebsfall in der Regel auf unerhebliche Störungen zurückführen.
  • Befindet sich jedoch ein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1, so kann das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 nur im Falle der Kompensationsmessung 504 ungehindert ausschwingen. In dem Fall ist der Ultraschallburst 10 zeitlich noch kurz genug, dass das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 ausschwingen kann, bevor der reflektierte Ultraschallburst 12 das Schwingelement 8 wieder erreicht. Befindet sich somit das Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1, so kann das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 im Falle der Ultraschallhauptmessung 505 nicht mehr ungehindert ausschwingen. In dem Fall ist der Ultraschallburst 10 zeitlich zu lang, sodass das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 noch nicht ausschwingen ist, wenn der reflektierte Ultraschallburst 12 das Schwingelement 8 wieder erreicht. Dies ist im Folgenden der zweite Betriebsfall. Die Ausarbeitung des hier vorgelegten Vorschlagsergab, dass unter dieser Voraussetzung die erste Zeitdifferenz 101 von der zweiten Zeitdifferenz 501 wesentlich abweicht. Die erste Zeitdifferenz 101 ist in diesem zweiten Betriebsfall betragsmäßig kleiner, d.h. zeitlich kürzer, als die zweite Zeitdifferenz 501. Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 werten diese unterschiedliche zeitliche Länge der ersten Zeitdifferenz 101 und der zweiten Zeitdifferenz 501 nun aus. Hierzu reicht es aus, wenn der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 von Zeit zu Zeit eine Kompensationsmessung 504 durchführen und ansonsten mit Ultraschallhauptmessungen 505 arbeiten.
  • Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 können beispielsweise auf folgende Weisen vorgehen:
    1. i. Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bilden die Differenz aus dem Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501 minus dem Betrag der ersten Zeitdifferenz 101. Ist der Betrag größer Null plus einem optionalen ersten Vorhalt, so Schließen der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bevorzugt aus die Anwesenheit eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    2. ii. Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bilden die Differenz aus dem Betrag der ersten Zeitdifferenz 101 minus dem Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501. Ist der Betrag kleiner Null minus einem optionalen zweiten Vorhalt, so Schließen der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bevorzugt aus die Anwesenheit eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    3. iii. Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 teilen den Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501 durch den Betrag der ersten Zeitdifferenz 101. Ist der Betrag größer 1 (eins) plus einem optionalen dritten Vorhalt, so Schließen der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bevorzugt aus die Anwesenheit eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
    4. iv. Der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 teilen den Betrag der ersten Zeitdifferenz 101 durch den Betrag der zweiten Zeitdifferenz 501. Ist der Betrag kleiner 1 (eins) minus einem optionalen dritten Vorhalt, so Schließen der Ultraschallsensor 1 bzw. dessen Rechnerkern 2 oder dessen digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 bevorzugt aus die Anwesenheit eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
  • Der erste bis vierte Vorhalt sind bevorzugt positiv. Der erste bis vierte Vorhalt können zu Null gewählt werden. Die hier vorgelegte Schrift empfiehlt diese Vorhalte größer zu wählen.
  • Die Y-Achse der 7 zeigt im Übrigen eine beispielhafte Skalierung für den Amplitudenverlauf 106 des Hüllkurvensignals, hier beispielhaft in LSB des Analog-zu-Digital-Wandlers 16. Im Fall der 1 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Im Fall der 4 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34.
  • Die Zeitachse (X-Achse) gibt die Zeit in Anzahl an vergangenen Abtastzeitpunkten des Analog-zu-Digitalwandlers 16 (Englisch: Counts) wieder.
  • Figur 8
  • 8 zeigt die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der ersten Zeitdifferenz 101 der 1 und 4 bis 6 von der Temperatur und die bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erkannte Temperaturabhängigkeit der zweiten Zeitdifferenz 501 der 1 und 4 bis 6 von der Temperatur. Dabei liegt hier der erste Betriebsfall vor, bei dem sich kein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befindet. Wie leicht erkenntlich ist, unterscheiden sich die erste Zeitdifferenz 101 und die zweite Zeitdifferenz 501 für gleiche Temperaturen nur unwesentlich. Der Kern des Vorschlags ist somit, nur von Zeit zu Zeit eine Kompensationsmessung 504 mit einem zeitlich kurzen Ultraschallburst 10 mit wenigen Ultraschallpulsen, bevorzugt mit nur einem Ultraschallpuls, durchzuführen, damit dann die erste Zeitdifferenz 101 zu erfassen und dann nachfolgende die Ultraschallhauptmessungen 505 mit zeitlich längeren Ultraschallbursts 505 mit mehreren Ultraschallpulsen durchzuführen, die zweite Zeitdifferenz 501 zu erfassen und auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 zu schließen, wenn die erste Zeitdifferenz 101 betragsmäßig zeitlich signifikant kürzer als die zweite Zeitdifferenz 501 ist.
  • Figur 9
  • 9 zeigt einen ersten beispielhaften Ablauf beispielhafter Messesequenzen.
  • In einem ersten Schritt 900 führt der Ultraschallsensor 1 eine Kompensationsmessung 504 mit Hilfe eines kurzen ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit wenigen Ultraschallpulsen, bevorzugt mit nur einem Ultraschallpuls, durch. Der Ultraschallsensor bestimmt im ersten Schritt 900 den Wert der zeitlichen Länge der ersten Zeitdifferenz 101. Bevorzugt speichern der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 den Wert der zeitlichen Länge der ersten Zeitdifferenz 101 in einem Speicher des Ultraschallsensors 1 ab. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen ersten Schritt 900 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen ersten Schritt 900 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem ersten Schritt 900 teilweise übernehmen.
  • In einem zweiten Schritt 901 führt der Ultraschallsensor 1 eine Ultraschallhauptmessung 505 mit Hilfe eines langen ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit mehreren Ultraschallpulsen durch. Der Ultraschallsensor 1 bestimmt im zweiten Schritt 901 den Wert der zeitlichen Länge der zweiten Zeitdifferenz 501. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen zweiten Schritt 901 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen zweiten Schritt 901 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem zweiten Schritt 901 teilweise übernehmen.
  • In einem dritten Schritt 902 vergleicht der Ultraschallsensor 1 den Wert der zeitlichen Länge der zweiten Zeitdifferenz 501 mit dem Wert der zeitlichen Länge der ersten Zeitdifferenz 101. Dies kann beispielsweise durch Differenzbildung oder Bildung eines Verhältnisses geschehen, wie oben beschrieben. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen dritten Schritt 902 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen dritten Schritt 902 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen dritten Schritt 902 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem dritten Schritt 902 teilweise übernehmen.
  • Es folgt je nach Vergleichsergebnis ggf. der vierte Schritt 903. Ist die zeitliche Länge der zweiten Zeitdifferenz 501 größer als die zeitliche Länge der ersten Zeitdifferenz 101, so schließt der Ultraschallsensor 1 in einem vierten Schritt 903 auf ein Objekt 11 in seinem Nahbereich. Bevorzugt signalisiert in diesem vierten Schritt 903 der Rechnerkern 2 dem Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22; die Anwesenheit dieses Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen vierten Schritt 903 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen vierten Schritt 903 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem vierten Schritt 903 teilweise übernehmen.
  • Es folgt nach dem dritten Schritt 902 je nach Vergleichsergebnis ggf. der fünfte Schritt 904. Ist die zeitliche Länge der zweiten Zeitdifferenz 501 kleiner als die zeitliche Länge der ersten Zeitdifferenz 101, so schließt der Ultraschallsensor 1 in dem fünften Schritt 904 auf das Nichtvorhandensein eines Objekts 11 in seinem Nahbereich. Bevorzugt überprüft der Ultraschallsensor 1 in diesem fünften Schritt 904 dann, ob die Anzahl der Ultraschallhauptmessungen 505 seit der letzten Kompensationsmessung 504 eine Maximalanzahl überschritten oder erreicht hat. Ist dies der Fall, so führt der Ultraschallsensor 1 bevorzugt wieder eine Kompensationsmessung 504 in einem ersten Schritt 900 durch, womit der Zyklus typischerweise neu beginnt. Ist dies nicht der Fall, so führt der Ultraschallsensor 1 bevorzugt die nächste Ultraschallhauptmessung 505 durch. Vor dem Durchführen der nächsten Kompensationsmessung 504 bzw. der nächsten Ultraschallhauptmessung 505 wartet der Ultraschallsensor 1 typischerweise ab, bis die Sendeperiode 506 seit dem Start der Aussendung des zeitlich unmittelbar vorausgegangenen Ultraschallbursts 10 verstrichen ist. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen fünften Schritt 904 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen fünften Schritt 904 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem fünften Schritt 904 teilweise übernehmen.
  • Figur 10
  • 10 zeigt einen zweiten beispielhaften Ablauf beispielhafter Messesequenzen.
  • In einem ersten Schritt 1000 führt der Ultraschallsensor 1 eine Kompensationsmessung 504 mit Hilfe eines kurzen ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit wenigen Ultraschallpulsen, bevorzugt mit nur einem Ultraschallpuls, durch. Der Ultraschallsensor 1 bestimmt im ersten Schritt 1000 den Wert der zeitlichen Länge der ersten Zeitdifferenz 101. Bevorzugt speichern der Rechnerkern 2 und/oder die digitale Aufbereitungs- und Filterstufe 18 den Wert der zeitlichen Länge der ersten Zeitdifferenz 101 in einem Speicher des Ultraschallsensors 1 ab. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen ersten Schritt 1000 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen ersten Schritt 1000 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem ersten Schritt 1000 teilweise übernehmen.
  • In einem zweiten Schritt 1001 führt der Ultraschallsensor 1 eine Ultraschallhauptmessung 505 mit Hilfe eines langen ausgesendeten Ultraschallbursts 10 mit mehreren Ultraschallpulsen durch. Der Ultraschallsensor 1 bestimmt im zweiten Schritt 1001 jedoch nun nicht wie in 9 den Wert der zeitlichen Länge der zweiten Zeitdifferenz 501. Stattdessen bestimmt der Ultraschallsensor 1 den dritten Zeitpunkt 502 und startet den Zeitgeber 41. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen zweiten Schritt 901 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen zweiten Schritt 1001 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen zweiten Schritt 1001 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem zweiten Schritt 1001 teilweise übernehmen.
  • In einem dritten Schritt 1002 ändert vorzugsweise der Ultraschallsensor 1 den Wert seines Zeitgebers 41 um den Wert einer Zeitgeberschrittweite. Bevorzugt inkrementiert der Ultraschallsensor 1 den Wert des Zeitgebers 41 in diesem dritten Schritt 1002. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen dritten Schritt 1002 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen dritten Schritt 1002 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem dritten Schritt 1002 teilweise übernehmen.
  • In einem vierten Schritt 1003 vergleicht der Ultraschallsensor 1 den Wert des Zeitgebers 41 mit dem Wert der ersten Zeitdifferenz 101. Ist der Wert der Wert des Zeitgebers 41 kleiner als die erste Zeitdifferenz 101 plus einem vorzugsweise verwendeten Vorhalts, so kann das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 des Ultraschallsensors 1 noch nicht ausgeschwungen sein. In dem Fall springt das Verfahren, das der Ultraschallsensor 1 durchführt, wieder zum dritten Schritt 1002 zurück. Ist der Wert der Wert des Zeitgebers 41 größer als die erste Zeitdifferenz 101 plus einem vorzugsweise verwendeten Vorhalts, so sollte das Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9 des Ultraschallsensors 1 ausgeschwungen sein, wenn sich kein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befindet. In dem Fall springt das Verfahren, das der Ultraschallsensor 1 durchführt, weiter zum fünften Schritt 1004. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen vierten Schritt 1003 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen vierten Schritt 1003 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem vierten Schritt 1003 teilweise übernehmen.
  • Im fünften Schritt 1004 vergleicht der Ultraschallsensor den Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals mit einem zweiten Schwellwert 105. Liegt der Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals betragsmäßig unter dem zweiten Schwellwert 105., so schließt der Ultraschallsensor 1 auf das Nichtvorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1. In diesem Fall setzt der Ultraschallsensor 1 die Durchführung des Verfahrens mit dem siebten Schritt 1006 fort. Liegt der Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals betragsmäßig über dem zweiten Schwellwert 105., so schließt der Ultraschallsensor 1 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1. In diesem Fall setzt der Ultraschallsensor 1 die Durchführung des Verfahrens mit dem sechsten Schritt 1005 fort. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen fünften Schritt 1004 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen fünften Schritt 1004 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem fünften Schritt 1004 teilweise übernehmen.
  • In dem sechsten Schritt 1005 steuert vorzugsweise der Rechnerkern 2 diesen sechsten Schritt 1005 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Bevorzugt signalisiert der Rechnerkern 2 dem Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 die Anwesenheit dieses Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen sechsten Schritt 1005 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns 2 kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen sechsten Schritt 1005 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem sechsten Schritt 1005 teilweise übernehmen.
  • Im siebten Schritt 1006 überprüft der Ultraschallsensor 1 vorzugsweise, ob die Anzahl der Ultraschallhauptmessungen 505 seit der letzten Kompensationsmessung 504 eine Maximalanzahl überschritten oder erreicht hat. Ist dies der Fall, so führt der Ultraschallsensor 1 bevorzugt wieder eine Kompensationsmessung 504 in einem ersten Schritt 1000 durch, womit der Zyklus typischerweise neu beginnt. Ist dies nicht der Fall, so führt der Ultraschallsensor 1 bevorzugt die nächste Ultraschallhauptmessung 505 in einem zweiten Schritt 1001 durch. Vor dem Durchführen der nächsten Kompensationsmessung 504 bzw. der nächsten Ultraschallhauptmessung wartet der Ultraschallsensor 1 typischerweise ab, bis die Sendeperiode 506 seit dem Start der Aussendung des zeitlich unmittelbar vorausgegangenen Ultraschallbursts 10 verstrichen ist. Typischerweise steuert der Rechnerkern 2 diesen siebten Schritt 1006 unter Mitwirkung anderer Vorrichtungsteile des Ultraschallsensors 1. Statt des Rechnerkerns kann theoretisch auch Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22 diesen siebten Schritt 1006 steuern und/oder Funktionen des Ultraschallsensors 1 in diesem siebten Schritt 1006 teilweise übernehmen.
  • Figur 11
  • 11 entspricht der 5 mit dem Unterschied, dass sie keinen Zeitgeber 41 aufweist. Sie kann daher nur ein Verfahren entsprechend 9 durchführen.
  • Figur 12
  • 12 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass sie keinen Zeitgeber 41 aufweist. Sie kann daher nur ein Verfahren entsprechend 9 durchführen.
  • Figur 13
  • 13 entspricht der 9 mit dem Unterscheid, dass der Ultraschallsensor 1 nachdem er im vierten Schritt 903 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 geschlossen hat, nun bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 auf Ultraschallhauptmessungen 505 mit kurzen Ultraschallpulsen 10 umschaltet. Im Extremfall führt der Ultraschallsensor 1 also bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 nur noch Kompensationsmessungen 504 mit vorzugsweise nur noch einem Ultraschallpuls je ausgesendetem Ultraschallburst 10 durch. Der Ultraschallsensor 1 schließt also auf ein Objekt 11 in seinem Nahbereich und verkürzt dann, wenn ein solches Objekt 11 sich im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befindet, die zeitliche Länge der ausgesendeten Ultraschallbursts 10. Hierdurch versetzt sich der Ultraschallsensor 1 sich damit in die Lage, den Abstand des Objekts 11 in seinem Nahbereich zu erfassen. In diesem Fall eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 wäre der Ultraschallsensor 1 ohne diese zeitliche Verkürzung der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 nicht in der Lage, den Abstand zwischen Ultraschallsensor 1 und Objekt 11 zu erfassen, da der reflektierte Ultraschallburst 12 bei einen nicht verkürzten ausgesendeten Ultraschallbursts 10 zu einem Zeitpunkt eintreffen würde, in dem das Schwingelement 8 des Ultraschallsensors 1 noch nicht ausgeschwungen wäre.
  • In einem sechsten Schritt 905 sendet der Ultraschallsensor 1 einen verkürzten Ultraschallburst 10 mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, die vorzugsweise kürzer ist als die erste zeitliche Länge des ausgesendeten Ultraschallbursts 10, die der Ultraschallsensor 1 im zweiten Schritt 901 aussendet. Bevorzugt ist die zweite zeitliche Länge des ausgesendeten Ultraschallbursts 10 in diesem sechsten Schritt 905 gleich der Zeitlichen Länge der kurzen ausgesendeten Ultraschallbursts 10, die der Ultraschallsensor 1 im ersten Schritt 900 für die Kompensationsmessung 504 aussendet. Typischerweise entsprechen also in einer bevorzugten Ausführung die ausgesendeten Ultraschalbursts 10 des sechsten Schritts 905 den Ultraschallbursts, die der Ultraschallsensor 1 für die Kompensationsmessung 504 im ersten Schritt 900 verwendet. Der Ultraschallsensor 1 erfasst in diesem sechsten Schritt 905 den Abstand zum Objekt 11 in seinem Nahbereich.
  • In einem siebten Schritt 906 überprüft der Ultraschallsensor 1, ob sich das Objekt 11 noch in seinem Nahbereich befindet. Hierzu vergleicht der Ultraschallsensor 1 den mit dem kurzen ausgesendeten Ultraschallburst 10 erfassten Abstand des Objekts 11 zum Ultraschallsensor 1 mit einem Abstandsschwellwert. Ist dieser erfasste Abstand kleiner als dieser Abstandsschwellwert, so befindet sich das Objekt 11 noch im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 und der Ultraschallsensor 1 fährt mit dem sechsten Schritt 905 fort. Ist dieser erfasste Abstand größer als dieser Abstandsschwellwert, so befindet sich das Objekt 11 nicht mehr im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 und der Ultraschallsensor 1 fährt mit dem ersten Schritt 900 fort. Sofern der erste Schritt 900 dem sechsten Schritt 905 entspricht und der Ultraschallsensor 1 eine erste Zeitdifferenz 101 im sechsten Schritt 905 ermittelt, kann der Ultraschallsensor 1 auch direkt mit dem zweiten Schritt 901 fortfahren.
  • Figur 14
  • 14 entspricht der 10 mit dem Unterscheid, dass der Ultraschallsensor 1 nachdem er im sechsten Schritt 1005 auf das Vorhandensein eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 geschlossen hat, nun bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 auf Ultraschallhauptmessungen 505 mit kurzen ausgesendeten Ultraschallpulsen 10 umschaltet. Im Extremfall führt der Ultraschallsensor 1 also bis zum Verschwinden des Objekts 11 aus dem Nahbereich des Ultraschallsensors 1 nur noch Kompensationsmessungen 504 mit vorzugsweise nur noch einem Ultraschallpuls je ausgesendetem Ultraschallburst 10 durch. Der Ultraschallsensor 1 schließt also auf ein Objekt 11 in seinem Nahbereich und verkürzt dann, wenn ein solches Objekt 11 sich im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 befindet, die zeitliche Länge der ausgesendeten Ultraschallbursts 10. Der Ultraschallsensor 1 versetzt sich damit in die Lage, den Abstand des Objekts 11 in seinem Nahbereich zu erfassen. In diesem Fall eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 wäre der Ultraschallsensor 1 ohne diese zeitliche Verkürzung der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 nicht in der Lage, den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 1 und dem Objekt 11 zu erfassen, da der reflektierte Ultraschallburst 12 bei einen nicht verkürzten ausgesendeten Ultraschallbursts 10 zu einem Zeitpunkt eintreffen würde, in dem das Schwingelement 8 des Ultraschallsensors 1 noch nicht ausgeschwungen wäre.
  • In einem achten Schritt 1007 sendet der Ultraschallsensor 1 einen verkürzten Ultraschallburst 10 mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, die vorzugsweise kürzer ist als die erste zeitliche Länge des Ultraschallbursts 10, die der Ultraschallsensor 1 im zweiten Schritt 1001 aussendet. Bevorzugt ist die zweite zeitliche Länge des ausgesendeten Ultraschallbursts 10 in diesem achten Schritt 1007 gleich der Zeitlichen Länge der kurzen ausgesendeten Ultraschallbursts 10, die der Ultraschallsensor 1 im ersten Schritt 1000 für die Kompensationsmessung 504 aussendet. Typischerweise entsprechen also in einer bevorzugten Ausführung die ausgesendeten Ultraschalbursts 10 des achten Schritts 1007 den Ultraschallbursts, die der Ultraschallsensor 1 für die Kompensationsmessung 504 im ersten Schritt 1000 verwendet. Der Ultraschallsensor 1 erfasst in diesem sechsten Schritt 905 den Abstand zum Objekt 11 in seinem Nahbereich.
  • In einem neunten Schritt 1008 überprüft der Ultraschallsensor 1, ob sich das Objekt 11 noch in seinem Nahbereich befindet. Hierzu vergleicht der Ultraschallsensor 1 den mit dem kurzen Ultraschallburst 10 im achten Schritt 1007 erfassten Abstand des Objekts 11 zum Ultraschallsensor 1 mit einem Abstandsschwellwert. Ist dieser erfasste Abstand kleiner als dieser Abstandsschwellwert, so befindet sich das Objekt 11 noch im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 und der Ultraschallsensor 1 fährt mit dem achten Schritt 1007 fort. Ist dieser erfasste Abstand größer als dieser Abstandsschwellwert, so befindet sich das Objekt 11 nicht mehr im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 und der Ultraschallsensor 1 fährt mit dem ersten Schritt 1000 fort. Sofern der erste Schritt 1000 dem achten Schritt 1007 entspricht und der Ultraschallsensor 1 eine erste Zeitdifferenz 101 im achten Schritt 1007 ermittelt, kann der Ultraschallsensor 1 auch mit dem zweiten Schritt 1001 direkt fortfahren.
  • Das Verfahren der 13 und 14 kann dann so zusammengefasst werden:
    1. i. Verwenden von ausgesendeten Ultraschallbursts 10 einer ersten zeitlichen Länge für Ultraschallhauptmessungen 505, sofern sich kein Objekt 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 aufhält, und Erfassen des Vorhandenseins eines Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschalsensors 1 sofern das Objekt 11 sich dort befindet.
    2. ii. Verkürzen der ersten zeitlichen Länge der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 zu einer zweiten zeitlichen Länge der ausgesendeten Ultraschallbursts 10 und Erfassen eines Abstands zwischen Ultraschallsensor 1 und Objekt 11 für die Dauer des Aufenthalts des Objekts 11 im Nahbereich des Ultraschallsensors 1.
  • Sonstiges
  • Die obige Beschreibung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und beschränkt diese Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele. Andere Variationen zu den offengelegten Beispielen können von denjenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse auf dem Gebiet verfügen, anhand der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. Die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ und dessen Flexionen schließen eine Vielzahl nicht aus, während die Erwähnung einer bestimmten Anzahl von Elementen nicht die Möglichkeit ausschließt, dass mehr oder weniger Elemente vorhanden sind. Eine einzige Einheit kann die Funktionen mehrerer in der Offenbarung genannter Elemente erfüllen, und umgekehrt können mehrere Elemente die Funktion einer Einheit erfüllen. Zahlreiche Alternativen, Äquivalente, Variationen und Kombinationen sind möglich, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.
  • Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Dies betrifft die gesamte hier vorgelegte Schrift. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Eine Beschränkung einzelner Merkmale der Ausführungsbeispiele auf die Kombination mit anderen Merkmalen der Ausführungsbeispiele ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale der Vorrichtung umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale der Vorrichtung. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.
  • In der vorausgehenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen. Die Beispiele in der Beschreibung und den Zeichnungen sollten als illustrativ betrachtet werden und sind nicht als einschränkend für das beschriebene spezifische Beispiel oder Element zu betrachten. Aus der vorausgehenden Beschreibung und/oder den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen können durch Abänderung, Kombination oder Variation bestimmter Elemente mehrere Beispiele abgeleitet werden. Darüber hinaus können Beispiele oder Elemente, die nicht wörtlich beschrieben sind, von einer fachkundigen Person aus der Beschreibung und/oder den Zeichnungen abgeleitet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ultraschallsensor;
    2
    Rechnerkern des Ultraschallsensors 1;
    3
    digitale Ultraschallbursterzeugung des Ultraschallsensors 1;
    4
    Steuersignale für die digitale Ultraschallbursterzeugung 3 des Ultraschallsensors 1;
    5
    digitales Ultraschallsendesignal;
    6
    analoge Ultraschallsendestufe des Ultraschallsensors 1;
    7
    Ansteuersignal des Ultraschallsensors 1;
    8
    Schwingelement 8 des Ultraschalltransducers 9;
    9
    Ultraschalltransducer 9;
    10
    ausgesendeter Ultraschallburst;
    11
    Objekte 11 im Umfeld des Fahrzeugs;
    12
    reflektierter Ultraschallburst;
    13
    elektrisches Ultraschallempfangssignal;
    14
    Verstärker;
    15
    verstärktes elektrisches Ultraschallempfangssignal;
    16
    Analog-zu-Digital-Wandler des Ultraschallsensors 1;
    17
    digitalisiertes Ultraschallempfangssignal;
    18
    digitale Aufbereitungs- und Filterstufe;
    19
    gefiltertes Ultraschallempfangssignal;
    20
    Datenbus;
    21
    Steuergerät 21 des Ultraschallsensorsystems 22;
    22
    Ultraschallsensorsystem;
    23
    erster Komparator;
    24
    erstes Schwellwertsignal;
    25
    erstes Komparatorausgangssignal;
    26
    zweiter Komparator. In 4 ersetzt eine zweite Vergleichslogik den zweiten Komparator. Die zweite Vergleichslogik ist eine digitale, funktionsäquivalente Entsprechung des zweiten Komparators. Der zweite Komparator vergleicht den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Dabei ist der Analog-zu-Digital-Wandler 16 nach dem verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15 im Signalpfad angeordnet. (siehe auch 1). Die funktionsäquivalente zweite Vergleichslogik vergleicht den zweiten Schwellwert des zweiten Schwellwertsignals 27 mit dem Wert des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34, das bevorzugt das Hüllkurvensignal ist oder umfasst. Dabei ist der Analog-zu-Digital-Wandler 16 vor dem aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignal 34 im Signalpfad angeordnet. (siehe auch 4);
    27
    zweites Schwellwertsignal;
    28
    zweites Komparatorausgangssignal;
    29
    Schwellwerterzeugungsvorrichtung;
    30
    EXOR Verknüpfung;
    31
    Ausgangssignal des EXOR-Gatters 30;
    32
    EXOR-Steuersignal;
    33
    Hüllkurvenfilter;
    34
    aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignal, das bevorzugt das Hüllkurvensignal ist oder umfasst;
    35
    Digitalteil;
    36
    Analogteil;
    37
    Auswerteschaltkreis;
    38
    positive Versorgungsspannungsleitung;
    39
    Spannungsregler;
    40
    negativer Versorgungsspannungsleitung;
    41
    Zeitgeber;
    101
    erste Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt 103 des zweiten Flankenwechsels des zweiten Komparatorausgangssignals 28;
    102
    erster Zeitpunkt 102 des ersten Flankenwechsels des ersten Komparatorausgangssignals 25;
    103
    zweite Zeitpunkt 103 des zweiten Flankenwechsels des zweiten Komparatorausgangssignals 28;
    105
    zweiter Schwellwert 105 des zweiten Schwellwertsignals 27;
    106
    Amplitude 106 des Hüllkurvensignals, hier beispielhaft in LSB des Analog-zu-Digital-Wandlers 16. Im Fall der 1 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Im Fall der 4 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des aufbereiteten, digitalen Ultraschallempfangssignals 34;
    107
    Amplitude des Hüllkurvensignals. Im Fall der 1 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des verstärkten elektrischen Ultraschallempfangssignals 15. Im Fall der 4 handelt es sich um das Hüllkurvensignal des aufbereitetes, digitales Ultraschallempfangssignals 34;
    108
    Übersteuerung durch die Amplitudenverlauf 107 des Hüllkurvensignals;
    501
    zweite Zeitdifferenz zwischen dem dritten Zeitpunkt des dritten Flankenwechsels 502 des ersten Komparatorausgangssignals 25 und dem nachfolgenden vierten Zeitpunkt des vierten Flankenwechsels 503 des zweiten Komparatorausgangssignals 28;
    502
    dritter Zeitpunkt des dritten Flankenwechsels des ersten Komparatorausgangssignals 25;
    503
    vierter Zeitpunkt des vierten Flankenwechsels des zweiten Komparatorausgangssignals 28;
    504
    erstes Ultraschallhüllkurvensignal (beispielhafte Kompensationsmessung);
    505
    zweites Ultraschallhüllkurvensignal (beispielhafte Ultraschallhauptmessung);
    506
    Sendeperiode;
    507
    Anzahl der Abtastzeitpunkte des Analog-zu-Digital-Wandlers 16;
    900
    erster Schritt;
    901
    zweiter Schritt;
    902
    dritter Schritt;
    903
    vierter Schritt;
    904
    fünfter Schritt;
    905
    sechster Schritt;
    906
    siebter Schritt;
    1000
    erster Schritt;
    1001
    zweiter Schritt;
    1002
    dritter Schritt;
    1003
    vierter Schritt;
    1004
    fünfter Schritt;
    1005
    sechster Schritt;
    1006
    siebter Schritt;
    1007
    achter Schritt;
    1008
    neunter Schritt;
    SdT
    Stand der Technik;
    T
    Temperatur in °C;
    t
    Zeit;

Claims (6)

  1. Ultraschallmesssystem (22) wobei das Ultraschallmesssystem (22) ein Verfahren zur Auswertung eines elektrischen Ultraschallempfangssignals (13) eines piezoelektrischen Schwingelements (8) eines Ultraschall-Transducers (9) eines Ultraschallsensors (1) zur Verbesserung der Nahbereichserkennung, insbesondere im Falle von Ultraschall-Einparkhilfen, ausführt und wobei der Ultraschallsensor (1) zumindest einen kurzen Ultraschallburst (504) in einer ersten Sendeperiode aussendet und wobei das Ultraschallmesssystem (22) den Wert des Ultraschallempfangssignals (13) mit einem ersten Schwellwert in der ersten Sendeperiode vergleicht und wobei das Ultraschallmesssystem (22) einen ersten Zeitpunkt (102) innerhalb der ersten Sendeperiode für diesen kurzen Ultraschallburst (504) erfasst, zu dem der Betrag des Ultraschallempfangssignals (13) diesen ersten Schwellwert unterschreitet, und wobei das Ultraschallmesssystem (22) das Ultraschallempfangssignal (13) zu einem verstärkten Ultraschallempfangssignal (15) in der ersten Sendeperiode verstärkt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) den Wert des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) mit einem zweiten Schwellwert (105) in der ersten Sendeperiode vergleicht und wobei das Ultraschallmesssystem (22) einen zweiten Zeitpunkt (103) innerhalb der ersten Sendeperiode für diesen kurzen Ultraschallburst (504) erfasst, zu dem der Betrag der Amplitude (107) des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) diesen zweiten Schwellwert (105) unterschreitet, und wobei das Ultraschallmesssystem (22) zumindest einen langen Ultraschallburst (505) in einer zweiten Sendeperiode aussendet und wobei die zweite Sendeperiode der ersten Sendeperiode zeitlich nachfolgt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) den Wert des Ultraschallempfangssignals (13) mit einem ersten Schwellwert in der zweiten Sendeperiode vergleicht und wobei das Ultraschallmesssystem (22) einen dritten Zeitpunkt (502) innerhalb der zweiten Sendeperiode für diesen langen Ultraschallburst (505) erfasst, zu dem der Betrag des Ultraschallempfangssignals (13) diesen ersten Schwellwert unterschreitet, und wobei das Ultraschallmesssystem (22) das Ultraschallempfangssignal (13) zu einem verstärkten Ultraschallempfangssignal (15) in der zweiten Sendeperiode verstärkt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) den Wert des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) mit einem zweiten Schwellwert (105) in der zweiten Sendeperiode vergleicht und wobei das Ultraschallmesssystem (22) einen vierten Zeitpunkts (503) innerhalb der zweiten Sendeperiode für diesen langen Ultraschallburst (505) erfasst, zu dem der Betrag der Amplitude (107) des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) diesen zweiten Schwellwert (105) unterschreitet, und wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) in Abhängigkeit vom ersten Zeitpunkt (102) und vom zweiten Zeitpunkt (103) und vom dritten Zeitpunkt (502) und vom vierten Zeitpunkt (503) schließt.
  2. Ultraschallmesssystem (22) nach Anspruch 1, wobei das Ultraschallmesssystem (22) die erste Zeitdifferenz (101) zwischen erstem Zeitpunkt (102) und zweitem Zeitpunkt (103) ermittelt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) in Abhängigkeit vom von der ersten Zeitdifferenz (101) und vom dritten Zeitpunkt (502) und in Abhängigkeit von dem Betrag der Amplitude (107) des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) zu einem Zeitpunkt, der zeitlich um den Betrag der ersten Zeitdifferenz (101) zeitlich nach dem dritten Zeitpunkt (502) liegt, schließt.
  3. Ultraschallmesssystem (22) nach Anspruch 2, wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) schließt, wenn der Betrag der Amplitude (107) des verstärkten Ultraschallempfangssignals (15) zur einem Zeitpunkt, der zeitlich um den Betrag der ersten Zeitdifferenz (101) zeitlich nach dem dritten Zeitpunkt (502) liegt, größer als ein zweiter Schwellwert (105) ist.
  4. Ultraschallmesssystem (22) nach Anspruch 1, wobei das Ultraschallmesssystem (22) die erste Zeitdifferenz (101) zwischen erstem Zeitpunkt (102) und zweitem Zeitpunkt (103) ermittelt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) in Abhängigkeit von der ersten Zeitdifferenz (101) und in Abhängigkeit vom dritten Zeitpunkt (502) und in Abhängigkeit vom vierten Zeitpunkt (503) schließt.
  5. Ultraschallmesssystem (22) nach Anspruch 4, wobei das Ultraschallmesssystem (22) die zweite Zeitdifferenz (501) zwischen dritten Zeitpunkt (502) und vierten Zeitpunkt (503) ermittelt und wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) in Abhängigkeit von der ersten Zeitdifferenz (101) und in Abhängigkeit von der zweiten Zeitdifferenz (501) schließt.
  6. Ultraschallmesssystem (22) nach Anspruch 5, wobei das Ultraschallmesssystem (22) auf das Vorhandensein eines Objekts (11) im Nahbereich des Ultraschallsensors (1) schließt, wenn der Betrag der zeitlichen Dauer der ersten Zeitdifferenz (101) kleiner ist als der Betrag der zeitlichen Dauer der zweiten Zeitdifferenz (501) plus einem optionalen positiven Vorhaltewert.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102015002269B3 (de) 2015-02-13 2016-02-04 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Objektes mittels Ultraschall während des Ausschwingvorgangs eines Ultraschall-Transducers für automobile Anwendungen
DE102018109318A1 (de) 2018-04-19 2019-10-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Wechsel zwischen codierten und uncodierten Messungen, Ultraschallsensorvorrichtung sowie Fahrerassistenzsystem

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