DE112019004967T5

DE112019004967T5 - Objektdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019004967T5
Application number: DE112019004967.4T
Authority: DE
Inventors: Yu Koyama; Mitsuyasu Matsuura; Satoru NORO; Hideki Otsuka; Tetsuya Aoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN112805589A; US11754709B2; WO2020071105A1; US20210223394A1; JP2020056722A; JP7127465B2

Abstract

Eine Objektdetektionsvorrichtung enthält eine Signalerzeugungseinrichtung (20), die konfiguriert ist, um ein Antriebsignal zu erzeugen, das ein Identifikationssignal für ein Identifizieren von Ultraschallwellen enthält, eine Übertragungseinrichtung (10), die konfiguriert ist, um eine Ultraschallwelle als eine Untersuchungswelle in Erwiderung auf das Antriebsignal zu übertragen, eine Empfangseinrichtung (50), die konfiguriert ist, um die Ultraschallwelle zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erzeugen, und eine Bestimmungseinrichtung (60), die konfiguriert ist, um Frequenzen des Empfangssignals zu analysieren, um zu bestimmen, ob die empfangene Welle eine reflektierte Welle von der Untersuchungswelle ist, wobei dadurch ein Objekt detektiert wird. Das Antriebsignal enthält ein Zunahmesignal, das für ein Nachfolgen durch das Identifikationssignal erzeugt wird und verwendet wird, um eine Amplitude der Untersuchungswelle heraufzusetzen bzw. zu hemmen. Eine Frequenz des Zunahmesignals wird festgesetzt, um eine Frequenz zu enthalten, bei der eine Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung höher als eine Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung bei jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals und minimale Frequenz des Identifikationssignals, ist und/oder eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung höher als eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung bei jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals und minimale Frequenz des Identifikationssignals, ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese internationale Anmeldung beansprucht den Vorteil einer Priorität von der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-188466 , die am 3. Oktober 2018 eingereicht wurde, wobei hiermit auf den gesamten Inhalt von dieser Bezug genommen wird.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Objektdetektionsvorrichtung für ein Detektieren eines Objekts, indem Ultraschallwellen übertragen und empfangen werden.
Stand der Technik
In Fällen, in denen solch eine Objektdetektionsvorrichtung an einem Fahrzeug oder dergleichen montiert ist und für eine Hindernisdetektion verwendet wird, kann eine Beeinflussung durch Ultraschallwellen, die von einer anderen Vorrichtung übertragen werden, die an demselben Fahrzeug montiert ist, oder durch Ultraschallwellen, die von umgebenden Fahrzeugen übertragen werden, die Objektdetektionsgenauigkeit reduzieren.
Zu diesem Punkt schlägt zum Beispiel PTL1 eine Technik für ein Identifizieren von Ultraschallwellen unter Verwendung einer derartigen Frequenzmodulation vor, dass sich die Frequenz über Zeit ändert. Noch spezifischer wird eine reflektierte Welle von einer eigenen übertragenen Ultraschallwelle von Ultraschallwellen, die von anderen Vorrichtungen übertragen werden, unterschieden, indem die Frequenz der eigenen übertragenen Welle geändert wird und es bestimmt wird, ob eine empfangene Welle ein Signal enthält, das sich in der Frequenz auf dieselbe Weise wie die eigene übertragene Welle ändert.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL1] DE-A-101 06 142
Zusammenfassung der Erfindung
Um eine Unterscheidbarkeit von Rauschen und nichtmodulierten Signalen zu verbessern, ist es möglich, ein Zirp-Signal bzw. Chirp-Signal oder dergleichen zu verwenden, dessen Frequenz sich über Zeit erhöht oder verringert. Mit der Verwendung des Zirp-Signals wird die Unterscheidbarkeit verbessert, da das Frequenzband verbreitert ist.
Jedoch veranlasst in Fällen, in denen ein resonantes Mikrofon oder dergleichen als ein ultraschallwellenübermittelndes Element verwendet wird, ein Erhöhen einer Bandbreite von Ultraschallwellen, dass einige Frequenzen der Ultraschallwellen aus einem resonanten Band bzw. Resonanzband des übermittelten Elements fallen, was zu einer Reduzierung in dem Übertragungsschalldruck und der Empfangsempfindlichkeit führen kann. Der reduzierte Übertragungsschalldruck kann zu einer reduzierten Frequenzvariationsbreite von reflektieren Wellen, die in Empfangssignalen erscheinen, führen, was zu einer Verschlechterung in der Unterscheidbarkeit zwischen Ultraschallwellen führen kann.
Angesichts des Vorhergehenden ist es eine Aufgabe dieser Offenbarung, eine Objektdetektionsvorrichtung bereitzustellen, die eine Unterscheidbarkeit von Ultraschallwellen verbessern kann.
Ein Aspekt dieser Offenbarung stellt eine Objektdetektionsvorrichtung bereit, die enthält: eine Signalerzeugungseinrichtung, die konfiguriert ist, um ein Antriebsignal zu erzeugen, das ein Identifikationssignal für ein Identifizieren von Ultraschallwellen enthält, eine Übertragungseinrichtung, die konfiguriert ist, um eine Ultraschallwelle als eine Untersuchungswelle in Erwiderung auf das Antriebsignal zu übertragen, eine Empfangseinrichtung, die konfiguriert ist, um die Ultraschallwelle zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erzeugen, und eine Bestimmungseinrichtung, die konfiguriert ist, um Frequenzen von dem Empfangssignal zu analysieren, um zu bestimmen, ob die empfangene Welle eine reflektierte Welle von der Untersuchungswelle ist, wobei dadurch ein Objekt detektiert wird. In der Objektdetektionsvorrichtung enthält das Antriebsignal ein Zunahmesignal, das für ein Nachfolgen durch das Identifikationssignal erzeugt wird und verwendet wird, um eine Amplitude der Untersuchungswelle heraufzusetzen bzw. zu erhöhen, und wird eine Frequenz des Zunahmesignals f_T festgesetzt, um eine Frequenz zu erhalten, bei der eine Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung höher als eine Übertragungsfrequenz der Übertragungseinrichtung bei jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals fMAX und minimale Frequenz des Identifikationssignals fMIN, ist und/oder eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung höher als eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung von jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals fMAX und minimale Frequenz des Identifikationssignals fMIN, ist.
Mit dieser Konfiguration kann ein Erzeugen des Zunahmesignals einer hohen Übertragungseffizienz und einer hohen Empfangseffizienz vor einem Erzeugen des Identifikationssignals den Anstieg in der Amplitude der Untersuchungswelle beschleunigen. Dies kann eine erhöhte Breite einer Frequenzvariation der reflektierten Welle, die in dem Empfangssignal erscheint, wenn die Bandbreite der Untersuchungswelle verbreitert wird, bereitstellen, wobei dies eine Verbesserung der Identifizierbarkeit der Ultraschallwellen ermöglicht.
Es soll angemerkt werden, dass die Bezugszeichen in Klammern, die den Elementen zugeordnet sind, lediglich ein Beispiel der Entsprechung zwischen diesen Elementen und spezifischen Elementen, die in Verbindung mit den später beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, zeigen und sie nicht den technischen Geltungsbereich dieser Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsform darstellt,
2 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebssignals in einem Vergleichsbeispiel,
3 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals in einem Vergleichsbeispiel,
4 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß der ersten Ausführungsform,
5 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß der ersten Ausführungsform,
6 ist eine Darstellung eines Verhältnisses zwischen Frequenz und Übertragungseffizienz eines übermittelnden Elements,
7 ist eine Darstellung eines Verhältnisses zwischen Frequenz und Übertragungseffizienz eines übermittelnden Elements,
8 ist eine Darstellung von Amplituden von empfangenen Wellen,
9 ist eine Darstellung von Frequenzen von empfangenen Wellen,
10 ist eine Darstellung von Ausbreitungspfaden, wenn eine Untersuchungswelle an einer Wand reflektiert wird,
11 ist eine Darstellung von Unterschieden bzw. Differenzen in einer Ausbreitungsdistanz zwischen Ausbreitungspfaden,
12 ist eine Darstellung von Amplituden von zwei empfangenen Wellen, die durch ein Zeitintervall getrennt sind,
13 ist eine Darstellung von Amplituden von zwei empfangenen Wellen, die einander überdecken,
14 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt,
15 ist eine Darstellung eines Verhältnisses zwischen Temperatur und Übertragungs- und Empfangseffizienz,
16 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt,
17 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform,
18 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform,
19 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform,
20 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals mit einer erhöhten Zunahmesignallänge,
21 ist eine Darstellung von Amplituden einer empfangenen Welle, wenn das Antriebsignal von 20 verwendet wird,
22 ist eine Darstellung von Frequenzen einer empfangenen Welle, wenn das Antriebsignal von 20 verwendet wird,
23 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform,
24 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform, und
25 ist eine Darstellung von Frequenzen eines Antriebsignals gemäß einer anderen Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden einige Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Um ein Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, teilen dieselben strukturellen Elemente in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen, wo immer es möglich ist, und wird eine sich überschneidende Beschreibung weggelassen.
(Erste Ausführungsform)
Die erste Ausführungsform wird beschrieben. Wie es in 1 dargestellt ist, enthält eine Objektdetektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Übertragungseinrichtung 10, eine Signalerzeugungseinrichtung bzw. ein Signalgenerator 20, ein übermittelndes Element 30, eine Steuerungseinrichtung 40, eine Empfangseinrichtung 50 und eine Signalbestimmungseinrichtung 60. Die Objektdetektionsvorrichtung ist eine Ultraschalwellensonarvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist und konfiguriert ist, um ein Objekt, das sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, zu detektieren.
Die Übertragungseinrichtung 10 überträgt Ultraschalwellen als Untersuchungswellen. Ein Antriebsignal, das durch die Signalerzeugungseinrichtung 20 erzeugt wird, wird der Übertragungseinrichtung 10 zugeführt. Die Übertragungseinrichtung 10 überträgt eine Untersuchungswelle in Erwiderung auf dieses Antriebsignal.
Noch spezifischer erzeugt die Signalerzeugungseinrichtung 20 ein Pultsignal als das Antriebsignal für die Übertragungseinrichtung 10. Wie es in 1 dargestellt ist, enthält die Übertragungseinrichtung 10 ein übermittelndes Element 30 und eine Übertragungsschaltung 11. Das Antriebsignal, das durch die Signalerzeugungseinrichtung 20 erzeugt wird, wird der Übertragungsschaltung 11 zugeführt. Die Übertragungsschaltung 11 führt Prozesse, wie beispielsweise einen Verstärkungsprozess, an dem Antriebsignal, das von der Signalerzeugungseinrichtung 20 empfangen wird, durch und gibt ein dadurch erzeugtes Signal aus. Das Signal, das von der Übertragungsschaltung 11 ausgegeben wird, wird dem übermittelnden Element 30 zugeführt. Das übermittelnde Element 30 überträgt eine Untersuchungswelle weg von dem Fahrzeug in Erwiderung auf das Signal, das von der Übertragungsschaltung 11 empfangen wird. Das übermittelnde Element 30 kann aus einem resonanten Mikrofon, das zum Beispiel ein piezoelektrisches Element enthält, gebildet sein.
Ein Übertragungsbefehl, Festsetzinformationen für das Antriebsignal und anderes, wird von der Steuerungseinrichtung 40 an die Signalerzeugungseinrichtung 20 übertragen. Die Steuerungseinrichtung 40, die Signalbestimmungseinrichtung 60 und dergleichen sind als ein wohlbekannter Mikrocomputer bekannt, der eine zentrale Recheneinheit (CPU), einen Festwertspeicher bzw. Nur-Lesen-Speicher (ROM, Read-Only Memory), einen Direktzugriffspeicher (RAM, Random-Access Memory), eine Eingabe-Ausgabe-Sschnittstelle (I/O) und andere Komponenten enthält und konfiguriert ist, um Prozesse entsprechend verschiedener Vorgänge durchzuführen, indem Programme, die in dem ROM oder dergleichen gespeichert sind, ausgeführt werden. Das ROM und das RAM sind nichtvergängliche greifbare Speichermedien.
Die Empfangseinrichtung 50 empfängt eine Ultraschallwelle und erzeugt ein Empfangssignal in Erwiderung auf den Schalldruck der empfangenen Welle. Die Empfangseinrichtung 50 enthält das übermittelnde Element 30 und eine Empfangsschaltung 51. Das übermittelnde Element 30 ist konfiguriert, um eine Spannung entsprechend dem Schalldruck der empfangenen Welle auszugeben. Die Empfangsschaltung 51 erzeugt ein Empfangssignal durch Durchführen von Prozessen, wie beispielsweise einer Verstärkung, einem Filtern und dergleichen, bei der Spannung, die von dem übermittelnden Element 30 ausgegeben wird. Das Empfangssignal, das durch die Empfangseinrichtung 50 erzeugt wird, wird der Signalbestimmungseinrichtung 60 zugeführt.
Die Signalbestimmungseinrichtung 60 analysiert die Frequenz des Empfangssignals, um zu bestimmen, ob die empfangene Welle eine reflektierte Welle der Untersuchungswelle ist, die von dem übermittelnden Element 30 übertragen wird, und bestimmt des Weiteren, ob es ein Objekt in einem Detektionsbereich gibt, wobei dadurch ein Objekt, das sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, detektiert wird. Die Signalbestimmungseinrichtung 60 enthält eine Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 und eine Frequenzbestimmungseinrichtung 62. Das Empfangssignal, das durch die Empfangseinrichtung 50 erzeugt wird, wird der Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 und der Frequenzbestimmungseinrichtung 62 zugeführt.
Der Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 extrahiert Amplitudeninformationen aus dem Empfangssignal, indem ein Tiefpassfilterprozess oder eine Hilbert-Transformation an dem Quadrat des Empfangssignals durchgeführt wird, und bestimmt eine Distanz zu dem Objekt basierend auf diesen Amplitudeninformationen. Zum Beispiel detektiert die Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 eine Ausbreitungszeit der Ultraschallwelle auf der Zeit, wenn die Amplitude der empfangenen Welle einen vorbestimmten Amplitudenschwellenwert übersteigt, und berechnet diese die Distanz zu dem Objekt, das die Untersuchungswelle reflektiert hat, basierend auf dieser Ausbreitungszeit. Die Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 bestimmt, ob die berechnete Distanz innerhalb eines vorbestimmten Detektionsbereichs ist.
Die Frequenzbestimmungseinrichtung 62 extrahiert Frequenzinformationen aus dem Empfangssignal unter Verwendung einer Nulldurchgangsdetektion, FFT (Fast-Fourier-Transformation) oder dergleichen und bestimmt basierend auf den Frequenzinformationen, ob die empfangene Welle eine reflektierte Welle der Untersuchungswelle ist, die von dem übermittelnden Element 30 übertragen wird.
Die Signalerzeugungseinheit 20 erzeugt ein Antriebsignal, das ein Identifikationssignal für ein Identifizieren von Ultraschallwellen enthält. Zum Beispiel ändert die Signalerzeugungseinheit 20 die Frequenz von dem Identifikationssignal zu einer Vielzahl von Werten. Die Frequenzbestimmungseinrichtung 62 bestimmt, dass die empfangene Welle die reflektierte Welle von der Übertragungswelle, die von dem übermittelnden Element 30 übertragen wird, ist, wenn sich die empfangene Welle in einer ähnlichen Art und Weise wie das Identifikationssignal in einer Frequenz ändert.
Die Signalbestimmungseinrichtung 60 detektiert ein Objekt basierend auf Prozessen, die durch die Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 und die Frequenzbestimmungseinrichtung 62 durchgeführt werden, und überträgt ein Ergebnis der Detektion an die Steuerungseinrichtung 40. Das heißt, dass in Erwiderung darauf, dass die Amplitudenbestimmungseinrichtung 61 bestimmt, dass die Distanz zu dem Objekt innerhalb des Detektionsbereichs ist, und dass die Frequenzbestimmungseinrichtung 62 bestimmt, dass die empfangene Welle die reflektierte Welle von der Untersuchungswelle ist, die von dem übermittelnden Element 30 übertragen wird, die Signalbestimmungseinrichtung 60 ein Ergebnis der Bestimmung, dass ein Objekt detektiert worden ist, an die Steuerungseinrichtung 40 überträgt.
Die Funktionsweise der Objektdetektionsvorrichtung wird nun beschrieben. Als Erstes erzeugt bei einem Übertragen eines Übertragungsbefehls durch die Steuerungseinrichtung 40 an die Signalerzeugungseinrichtung 20 die Signalerzeugungseinrichtung 20 ein Antriebsignal. Die Übertragungseinrichtung 10 überträgt eine Untersuchungswelle in Erwiderung auf das Antriebssignal. Bei einem Reflektieren der Untersuchungswelle durch ein Objekt, das sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, empfängt die Empfangseinrichtung 50 die reflektierte Welle und erzeugt diese ein Empfangssignal. Die Signalbestimmungseinrichtung 60 detektiert das Objekt basierend auf dem Empfangssignal und überträgt das Ergebnis der Detektion an die Steuerungseinrichtung 40. Die Steuerungseinrichtung 40 stellt in Erwiderung auf das Ergebnis der Detektion eine Benachrichtigung an den Fahrer bereit.
Zum Beispiel wird es, wie es in 2 dargestellt ist, erwogen, ein Signal, dessen Frequenz sich mit der Zeit von dem Beginn bis zu dem Ende einer Erzeugung von dieser erhöht, als das Antriebssignal, das durch die Signalerzeugungseinrichtung 20 erzeugt wird, zu verwenden.
Jedoch führt eine niedrige Folgefähigkeit des übermittelnden Elements, wie beispielsweise eines resonanten Mikrofons, auf das Antriebsignal zu einer kleinen Breite einer Frequenzvariation des Empfangssignals mit Bezug auf eine Frequenzänderung des Antriebssignals und führt dies folglich zu einer reduzierten Unterscheidbarkeit der Ultraschallwellen.
Das resonante ultraschallwellenempfangende Element, wie beispielsweise ein Mikrofon oder dergleichen, hat Frequenzcharakteristiken ähnlich zu einem Bandpassfilter (BPF) und ist auf +/- einige Prozent der resonanten Frequenz bzw. Resonanzfrequenz beschränkt, die eine bessere Übertragung und einen besseren Empfang ermöglicht. Falls die Frequenz zu Beginn einer Erzeugung des Antriebssignals niedriger als die resonante Frequenz des übermittelnden Elements 30 festgesetzt wird, um das resonante Band des übermittelnden Elements 30 effizient zu nutzen, wird ein Antreiben des übermittelnden Elements 30 bei einer geringeren übertragungseffizienten Frequenz gestartet, die den Anstieg in der Amplitude der Untersuchungswelle verzögern wird. Zusätzlich hat das übermittelnde Element, wie beispielsweise das resonante Mikrofon, ein niedriges S/N (signal-to-noise, Signal zu Rauschen) in einem Band, in dem die Amplitude klein ist, was es schwierig macht, die Frequenz der Untersuchungswelle in einer stabilen Art und Weise zu steuern. Entsprechend verringert sich die Breite einer Frequenzvariation, die aus dem Empfangssignal der reduzierten Welle detektiert wird, wobei die ist zu einer reduzierten Identifizierbarkeit der Ultraschallwelle führt.
Es wird ebenfalls erwogen, ein Signal, dessen Frequenz sich mit der Zeit von dem Beginn bis zu dem Ende einer Erzeugung von dieser verringert, als das Antriebsignal, das durch die Signalerzeugungseinrichtung 20 erzeugt wird, zu verwenden, wie es in 3 dargestellt ist. Jedoch wird sich, falls die Frequenz zu dem Beginn einer Erzeugung des Antriebsignals höher als die resonante Frequenz bzw. Resonanzfrequenz des übermittelnden Element 30 festgesetzt wird, die Identifizierbarkeit der Ultraschallwellen ebenso in diesem Fall verschlechtern.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es in dem übermittelnden Element, wie beispielsweise einem resonanten Mikrofon, schwierig, eine stabile Steuerung von der Frequenz der Untersuchungswelle in einem Band, in dem die Amplitude klein ist, bereitzustellen. Dennoch kann ein externes Hinzufügen von Energie, um die Amplitude zu erhöhen, eine Steuerung der Frequenz der Untersuchungswelle erleichtern.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, um dem Anstieg in der Amplitude in den übermittelnden Element 30 zu beschleunigen, das Antriebsignal wie folgt konfiguriert. Das heißt, dass das Antriebsignal ein Zunahmesignal, das verwendet wird, um die Amplitude der Untersuchungswelle heraufzusetzen bzw. zu erhöhen, und ein Identifikationssignal, das verwendet wird, um Ultraschallwellen zu identifizieren, enthält. Das Identifikationssignal wird dem Zunahmesignal folgend erzeugt.
Zum Beispiel erzeugt, wie es im 4 dargestellt ist, die Signalerzeugungseinrichtung 20 ein Zunahmesignal von einer konstanten Frequenz und erzeugt diese anschließend ein Identifikationssignal, dessen Frequenz sich mit der Zeit erhöht. Alternativ erzeugt, wie es zum Beispiel in 5 dargestellt ist, die Signalerzeugungseinrichtung 20 ein Zunahmesignal von einer konstanten Frequenz und erzeugt diese anschließend ein Identifikationssignal, dessen Frequenz sich mit der Zeit verringert.
Die Frequenz des Zunahmesignals ist f_T, eine Zeit von dem Beginn bis zu dem Ende einer Erzeugung des Zunahmesignals ist T und die maximale Frequenz und die minimale Frequenz des Identifikationssignals sind jeweilig f_MAX und f_MIN. Die Frequenz f_T wird festgesetzt, um eine Frequenz zu enthalten, bei der die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 höher als die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 bei jeder der Frequenzen f_MAX und f_MIN ist und/oder die Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung 50 höher als die Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung 50 bei jeder der Frequenzen der f_MAX und f_MIN ist. Die Frequenz f_T ist in dem ROM oder dergleichen, das in der Steuerungseinrichtung 40 enthalten ist, gespeichert.
Die Übertragungseinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 50 können in der resonanten Frequenz übereinstimmen. Jedoch werden die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 und die Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung 50 nicht nur durch die Charakteristiken des übermittelnden Elements 30 beeinflusst, sondern ebenfalls durch die Charakteristiken der Übertragungsschaltung 11 und der Empfangsschaltung 51, so dass die Übertragungseinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 50 in einer resonanten Frequenz verschieden sein können.
In Fällen, in denen die resonante Frequenzen der Übertragungseinrichtung 10 und der Empfangseinrichtung 50 übereinstimmen, werden sowohl die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 als auch die Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung 50 maximiert, indem die Frequenz f_T gleich diesen resonanten Frequenzen festgesetzt wird.
In Fällen, in denen die resonanten Frequenzen der Übertragungseinrichtung 10 und der Empfangseinrichtung 50 verschieden sind, kann die Frequenz f_T basierend auf den Charakteristiken von entweder der Übertragungseinrichtung 10 oder der Empfangseinrichtung 50 festgesetzt werden. Zum Beispiel kann die Frequenz ft auf f_TMAX festgesetzt werden (d.h., f_T = f_TMAX), wobei f_TMAX die resonante Frequenz der Übertragungseinrichtung 10 ist, das heißt, eine Frequenz, bei der die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 maximiert ist, oder kann diese auf einen Wert innerhalb + / - einige Prozent von der Frequenz f_TMAX festgesetzt werden. Anstelle kann die Frequenz f_T gleich der resonanten Frequenz der Empfangseinrichtung 50 festgesetzt werden oder kann diese auf einen Wert innerhalb + / - einige Prozent der resonanten Frequenz der Empfangseinrichtung 50 festgesetzt werden. Die Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung 10 wird maximiert, indem die Frequenz f_T gleich der resonanten Frequenz der Übertragungseinrichtung 10 festgesetzt wird. Die Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung 50 wird maximiert, indem die Frequenz f_T gleich der resonanten Frequenz der Empfangseinrichtung 50 festgesetzt wird.
Zusätzlich werden die Charakteristiken der Übertragungseinrichtung 10 und der Empfangseinrichtung 50 durch die Charakteristiken, wie beispielsweise einem Übertragungsschalldruck, der Empfindlichkeit und dergleichen, von dem übermittelnden Element 30 stark beeinflusst. Deshalb kann die Frequenz f_T auf fo festgesetzt werden, das heißt, f_T = fo, wobei fo die resonante Frequenz von dem übermittelnden Element 30 ist, oder kann diese auf einen Wert nahe fo festgesetzt werden, z.B., einem Wert innerhalb + / - einige Prozent von fo. Die Frequenz fo kann vor einem Montieren des übermittelnden Elements 30 in die Objektdetektionsvorrichtung direkt gemessen werden oder aus Frequenzen von Echos, die nach einer Übertragung der Untersuchungswelle vorkommen, und einer Schaltungskonstante der Übertragungsschaltung 11 indirekt gemessen werden. Auf solch eine Weise ermöglicht ein Festsetzen der Frequenz f_T, die an die individuelle Differenz des übermittelnden Elements 30 angepasst wird, eine Verbesserung der Übertragungs- und Empfangseffizienz.
Wie es in 6 dargestellt ist, kann die zentrale bzw. mittige Frequenz fc von einem Band des Identifikationssignals gleich der resonanten Frequenz f_TMAX der Übertragungseinrichtung 10 sein. Wie es in 7 dargestellt ist, kann die zentrale bzw. mittige Frequenz fc von dem Band des Identifikationssignals verschieden von der Frequenz f_TMAX sein. In ähnlicher Weise kann die Frequenz fc gleich der resonanten Frequenz von der Empfangseinrichtung 50 oder verschieden von dieser sein.
Eine Frequenz des Identifikationssignals zu dem Beginn einer Erzeugung von diesem wird als fs bezeichnet und eine Frequenz des Identifikationssignals zu dem Ende einer Erzeugung von diesem wird als f_E bezeichnet. In dem Beispiel von 4 ist fs = f_MIN, f_E = f_MAX und f_S < f_T < f_E. In dem Beispiel von 5 ist f_S = f_MAX, f_E = f_MIN und f_E < f_T < f_S.
Ein Verwenden von solch einem Antriebsignal kann den Anstieg in der Amplitude der Untersuchungswelle beschleunigen, wie es in 8 dargestellt ist. Dies führt zu einem breiteren Übertragungsfrequenzband mit einem effizienten S/N. Wie es in 9 dargestellt ist, erhöht sich die Breite einer Frequenzvariation Δf, die aus dem Empfangssignal detektiert wird, die die Identifizierbarkeit der Ultraschallwellen verbessert. In 8 kennzeichnet die durchgehende Linie die Frequenz der empfangenen Welle, wenn das Antriebsignal, das in 4 dargestellt ist, verwendet wird, und kennzeichnet die Strichpunktlinie die Frequenz der empfangenen Welle, wenn das Antriebsignal, das in 2 dargestellt ist, verwendet wird.
Wie es oben beschrieben wurde, stellt in der vorliegenden Ausführungsform ein Antreiben des übermittelnden Elements 30 mit einem Zunahmesignal von einer übertragungs- und empfangseffizienten Frequenz einen beschleunigten Anstieg in der Amplitude der Untersuchungswelle und eine größere Breite einer Frequenzvariation der reflektierten Welle, die in dem Empfangssignal erscheint, bereit, wobei dies die Ultraschallwellenunterscheidbarkeit erhöht.
In Fällen, in denen ein Antriebsignal, das in 2 oder 3 dargestellt ist, verwendet wird, kann ein Verfahren für ein Erhöhen der Breite einer Frequenzvariation Δf nach einer Vervollständigung des Anstiegs in der Amplitude der Untersuchungswelle durch ein Erhöhen der Signallänge oder der Dauer des Antriebsignals und ein Bereitstellen von graduellen Änderungen in der Frequenz vorgesehen sein. Jedoch ist, wenn die Signallänge des Antriebsignals erhöht wird, ein Vorkommen einer Überdeckung zwischen einer Vielzahl von reflektierten Wellen wahrscheinlicher und können die Unterscheidbarkeit und die Distanzmessungsauflösung von Ultraschallwellen herabgesetzt sein. Energie, die für eine Übertragung erforderlich ist, erhöht sich ebenfalls.
Zum Beispiel kann, wenn eine Untersuchungswelle zu einer Wand hin übertragen wird, wie es in 10 dargestellt ist, eine Überdeckung bzw. Überlagerung der reflektierten Welle von einem vorderen Abschnitt der Wand, die zu dem übermittelnden Element 30 zeigt, und der reflektierten Welle von der Basis der Wand empfangen werden. Wie es in 11 dargestellt ist, verringert sich, wenn sich die horizontale Distanz von dem übermittelnden Element 30 erhöht, die Differenz in einer Ausbreitungsdistanz zwischen diesen reflektierten Wellen und ist ein Überdecken dieser reflektierten Wellen wahrscheinlicher.
In Fällen, in denen zwei reflektierten Wellen getrennt voneinander empfangen werden, wie es in 12 dargestellt ist, können ihre entsprechenden Amplituden und Frequenzen leicht detektiert werden. In Fällen, in denen die zwei reflektierten Wellen empfangen werden, wobei sich diese überdecken, wie es in 13 zu sehen ist, kann es schwierig sein, ihre entsprechenden Amplituden und Frequenzen zu detektieren.
Deshalb ist es, um ein Überdecken von reflektierten Wellen zu hemmen, wenn ein Objekt wie eine Wand detektiert wird, gewünscht, die Signallänge des Antriebsignals zu verringern. Auch aus dem Blickwinkel einer Übertragungsenergie ist es gewünscht, die Signallänge des Antriebsignals zu verringern.
Zu diesem Zweck ermöglicht in der vorliegenden Ausführungsform ein Beschleunigen des Anstiegs in der Amplitude der Untersuchungsfälle unter Verwendung des Zunahmesignals ein Halten bzw. Aufrechthalten der Unterscheidbarkeit der Ultraschallwellen selbst mit reduzierter Signallänge des Antriebsignals, wobei dies ein Überdecken der reflektierten Wellen hemmen kann.
Ein Verwenden des resonanten Mikrofons als das übermittelnde Element 30 und ein Verwenden des Antriebsignals, das in 4 dargestellt ist, um das übermittelnde Element 30 anzutreiben, wird zu einer V-förmigen Variation in der Frequenz der empfangenen Welle führen, wie es in 9 dargestellt ist. Stattdessen wird ein Verwenden des Antriebsignals, das in 5 dargestellt ist, um das übermittelnde Element 30 anzutreiben, zu einer umgekehrt V-förmigen Variation in der Frequenz der empfangenen Welle führen.
Obwohl eine Detektion von solch einer V-förmigen Variation eine Verbesserung der Unterscheidbarkeit der Ultraschallwellen ermöglicht, können die Antriebsignale, die in 2 und 3 dargestellt sind, die V-förmige Variation abhängig von dem Zustand des übermittelnden Elements 30 vor einem Empfang der reflektierten Welle nicht bereitstellen. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform das Zunahmesignal verwendet, um das übermittelnde Element 30 nahe der resonanten Frequenz derart anzutreiben, dass ein Erscheinen einer V-förmigen Variation wahrscheinlicher ist. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Unterscheidbarkeit der Ultraschallwellen.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform wird nun beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform einzig insofern verschieden, als eine Temperaturmesseinrichtung hinzugefügt wird. Die anderen Elemente sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Folglich werden einzig Unterschiede von der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie es in 14 dargestellt ist, enthält eine Objektdetektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform des Weiteren eine Temperaturmesseinrichtung 70. Die Temperaturmesseinrichtung 70 wird bereitgestellt, um eine Umgebungstemperatur zu messen. Die Umgebungstemperatur, die durch die Temperaturmesseinrichtung 70 gemessen wird, wird an die Steuerungseinrichtung 40 übertragen. Die Steuerungseinrichtung 40 ändert eine oder beide von den Parametern, Länge und Frequenz f_T des Zunahmesignals, in Erwiderung auf Änderungen in der Umgebungstemperatur.
Die resonante Frequenz und das resonante Band des übermittelnden Elements 30 variieren mit der Temperatur. Zum Beispiel ist, wie es in 15 dargestellt ist, je niedriger die Temperatur ist, desto höher die resonante Frequenz, und ist, je höher die Temperatur ist, desto niedriger die resonante Frequenz. Die Amplitude und die Empfangsempfindlichkeit der Untersuchungswelle können folglich mit solchen Charakteristikvariationen variieren, wobei dies eine Verschlechterung der Genauigkeit einer Objektbestimmung bewirken kann.
Die Effekte von Temperaturvariationen können reduziert werden und die Genauigkeit einer Objektbestimmung kann verbessert werden, indem die Frequenz f_T und die Länge des Zunahmesignals in Erwiderung auf die Umgebungstemperatur korrigiert werden.
(Modifikationen)
Die Offenbarung ist nicht auf die oben dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können gemacht werden, wenn es passend ist.
Zum Beispiel kann, wie es in 16 dargestellt ist, die Objektdetektionsvorrichtung einen Übertragungselement 31 und ein Empfangselement 32 enthalten. Die Übertragungseinrichtung 10 kann aus dem Übertragungselement 31 und der Übertragungsschaltung 11 gebildet sein. Die Empfangseinrichtung 50 kann aus dem Empfangselement 32 und der Empfangsschaltung 51 gebildet sein.
Wie es in 4 und 5 dargestellt ist, stellt ein Festsetzen der Frequenz f_T des Zunahmesignals, das von dem Beginn bis zu dem Ende einer Erzeugung des Zunahmesignals konstant ist, einen effizienten Anstieg in der Amplitude der Untersuchungswelle bereit. Alternativ kann die Frequenz f_T variiert werden. Zum Beispiel kann, wie es in 17 und 18 dargestellt ist, die Frequenz f_T mit der Zeit erhöht werden. Wie es in 19 dargestellt ist, kann die Frequenz f_T nach einem Erhöhen über Zeit konstant sein. In diesem Fall kann die initiale Frequenz f_T auf einen Wert weg von der resonanten Frequenz von jeder der Einrichtungen, Übertragungseinrichtung 10 oder Empfangseinrichtung 50, festgesetzt werden und kann diese nahe der resonanten Frequenz konstant sein.
Die Frequenz f_T kann abhängig von den Charakteristiken, wie beispielsweise der maximalen Amplitude, dem Frequenzband oder dergleichen, von dem Identifikationssignal bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine große Differenz zwischen der Frequenz f_T und der Frequenz fs eine Verzögerung in einer Übertragung von der Frequenz f_T zu der Frequenz fs zu dem Beginn eines Antreibens des übermittelnden Elements 30 durch das Identifikationssignal verursachen und kann folglich zu einer kleineren Breite einer Frequenzvariation von der Untersuchungswelle führen. In solch einem Fall kann die Breite einer Frequenzvariation von der Untersuchungswelle erhöht werden, indem die Frequenz f_T zu der Frequenz fs hin bis zu einem derartigen Ausmaß erhöht wird, dass sich die Empfangseffizienz nicht übermäßig verringert.
Die Signallänge des Zunahmesignals kann konstant sein oder kann abhängig von Situationen geändert werden. Jedoch erhöht sich, wie es in 20 dargestellt ist, die Amplitude von der Untersuchungswelle, die in Erwiderung auf das Zunahmesignal übertragen wird, wenn die Zeit T erhöht bzw. verlängert wird. Dann kann sich, wie es in 21 zu sehen ist, die Untersuchungswelle entsprechend dem Zunahmesignal mit der Untersuchungswelle entsprechend dem Identifikationssignal, das dem Zunahmesignal folgt, überdecken. Folglich wird, wie es in 22 zu sehen ist, die Breite einer Frequenzvariation Δf, die aus dem Empfangssignal detektiert wird, kleiner als Δf, wie es in 9 dargestellt ist, was es schwierig machen kann, die Ultraschallwelle zu identifizieren. Um solch eine Situation zu vermeiden, ist es gewünscht, die Zeit T zu verringern. Zum Beispiel ist es gewünscht, die Zeit T derart festzusetzen, dass die maximale Amplitude der Untersuchungswelle, die in Erwiderung auf das Zunahmesignal übertragen wird, geringer als die maximale Amplitude der Untersuchungswelle ist, die in Erwiderung auf das Identifikationssignal übertragen wird.
Die Zeit T kann abhängig von den Charakteristiken des Identifikationssignals geändert werden. Zum Beispiel kann sich die Zeit T abhängig davon unterscheiden, ob das Antriebsignal, das in 4 dargestellt ist, verwendet wird oder ob das Antriebsignal, das in 5 dargestellt wird, verwendet wird. In Fällen, in denen das Antriebsignal viele Male in Folge erzeugt wird, kann die Zeit T des zweiten Zunahmesignals von bzw. ab der Zeit T des ersten Zunahmesignals geändert werden. Sowohl die Frequenz f_T als auch die Zeit T können abhängig von den Charakteristiken des Identifikationssignals geändert werden.
Die Zeit T kann derart festgesetzt werden, dass die Amplitude der Untersuchungswelle größer als ein vorbestimmter Wert bis zu dem Ende eines Antreibens des übermittelnden Elements 30 durch das Zunahmesignal wird. Zum Beispiel kann vor einem Transport der Objektdetektionsvorrichtung eine Untersuchungswelle von dem übermittelnden Element 30 zu einem Objekt, das in einer vorbestimmten Distanz platziert ist, übertragen werden und kann eine Zeit, die erforderlich ist, damit die Amplitude der reflektierten Welle den vorbestimmten Wert übersteigt, gemessen werden, und kann diese Zeit als die Zeit T festgesetzt werden.
Einer oder beide der Parameter, Zeit T und Frequenz f_T, kann bzw. können in Erwiderung auf die Charakteristikvariationen von einer oder beiden der Einrichtungen, Übertragungseinrichtung 10 und Empfangseinrichtung 50, geändert werden.
Die Frequenz fs kann auf einem Wert außerhalb des resonanten Bands, der einen besseren Empfang bei der Empfangseinrichtung 50 ermöglicht, festgesetzt werden. Zum Beispiel kann, wie es in 23 dargestellt ist, die Frequenz fs festgesetzt werden, um unter dem resonanten Band des Identifikationssignals, dessen Frequenz sich mit der Zeit erhöht, zu sein. Alternativ kann die Frequenz fs festgesetzt werden, um über dem resonanten Band des Identifikationssignals, dessen Frequenz sich mit der Zeit verringert, zu sein.
Die Ultraschallwelle kann durch ein Kombinieren von einer Vielzahl von Identifikationssignalen identifiziert werden. Zum Beispiel können, wie es in 24 und 25 dargestellt ist, ein Antriebsignal, das ein Identifikationssignal von einer festgelegten Frequenz enthält, die niedriger als die Frequenz f_T ist, und ein Antriebsignal, das ein Identifikationssignal von einer festgelegten Frequenz enthält, die höher als die Frequenz f_T ist, kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018188466 [0001]
DE 10106142 A [0005]

Claims

Objektdetektionsvorrichtung, die aufweist: eine Signalerzeugungseinrichtung (20), die konfiguriert ist, um ein Antriebsignal zu erzeugen, das ein Identifikationssignal für ein Identifizieren von Ultraschallwellen enthält; eine Übertragungseinrichtung (10), die konfiguriert ist, um eine Ultraschallwelle als eine Untersuchungswelle in Erwiderung auf das Antriebsignal zu übertragen; eine Empfangseinrichtung (50), die konfiguriert ist, um die Ultraschallwelle zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erzeugen, und eine Bestimmungseinrichtung (60), die konfiguriert ist, um Frequenzen von dem Empfangssignal zu analysieren, um zu bestimmen, ob die empfangene Welle eine reflektierte Welle von der Untersuchungswelle ist, um dadurch ein Objekt zu detektieren, wobei das Antriebsignal ein Zunahmesignal enthält, das für ein Nachfolgen durch das Identifikationssignal erzeugt wird und verwendet wird, um eine Amplitude der Untersuchungswelle heraufzusetzen, und eine Frequenz des Zunahmesignals f_T festgesetzt wird, um eine Frequenz zu enthalten, bei der eine Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung höher als eine Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung bei jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals f_MAX und minimale Frequenz des Identifikationssignals f_MIN, ist und/oder eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung höher als eine Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung bei jeder der Frequenzen, maximale Frequenz des Identifikationssignals f_MAX und minimale Frequenz des Identifikationssignals fMIN, ist.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Länge des Zunahmesignals derart festgesetzt wird, dass eine maximale Amplitude der Untersuchungswelle, die in Erwiderung auf das Zunahmesignal übertragen wird, geringer als eine maximale Amplitude der Untersuchungswelle ist, die in Erwiderung auf das Identifikationssignal übertragen wird.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei einer oder beide von den Parametern, Länge und Frequenz f_T des Zunahmesignals, abhängig von dem Identifikationssignal geändert werden.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei einer oder beide von den Parametern, Länge und Frequenz f_T des Zunahmesignals, in Erwiderung auf Änderungen in Charakteristiken von einer oder beiden von den Einrichtungen, Übertragungseinrichtung und Empfangseinrichtung, geändert werden.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einer oder beide von den Parametern, Länge und Frequenz f_T des Zunahmesignals, in Erwiderung auf Änderungen in einer Umgebungstemperatur geändert werden.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Frequenz f_T des Zunahmesignals von einem Beginn bis zu einem Ende einer Erzeugung des Zunahmesignals konstant bleibt.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Frequenz f_T eine resonante Frequenz von einer oder beiden von den Einrichtungen, Übertragungseinrichtung und Empfangseinrichtung, ist.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Frequenz f_T eine Frequenz ist, bei der eine oder beide von den Effizienzen, Übertragungseffizienz der Übertragungseinrichtung und Empfangseffizienz der Empfangseinrichtung, maximiert sind.
Objektdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Länge des Zunahmesignals derart festgesetzt wird, dass eine Amplitude der Untersuchungswelle größer als ein vorbestimmter Wert bis zu einem Ende eines Antreibens der Übertragungseinrichtung durch das Zunahmesignal wird.