DE3602222A1 - Einrichtung zur abstandsmessung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abstandsmessung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine solche mit Ultraschall arbeitende Abstandsmeßeinrichtung soll bei Kraftfahrzeugen als sogenannte Einparkhilfe verwendet werden. Dabei kommt es entscheidend darauf an, daß Hindernisse auch in kurzem Abstand vor oder hinter dem Fahrzeug betriebssicher erkannt werden. Daher muß eine solche Abstandsmeßeinrichtung unter anderem folgende Forderungen erfüllen:

Die Meßzykluszeit muß verhältnismäßig klein sein, damit auch bei einer raschen Annäherung an das Hindernis eine einwandfreie Anzeige erfolgt. Dies bedeutet zunächst, daß die Aktivierungszeit des Wandlers ein bestimmtes Maß nicht überschreiten darf. Außerdem muß man die Zeitspanne zwischen dem Ende der Wandleraktivierung und dem Einschalten der Signalempfangsstufe, die von dem Abklingverhalten des Wandlers abhängt, möglichst klein halten. Schließlich muß man auch dafür sorgen, daß nur tatsächliche Echosignale des Wandlers und keine Störsignale etwa aufgrund von Schaltimpulsen von der Signalempfangsstufe ausgewertet werden.

Aus diesen Forderungen geht schon hervor, daß es für die Funktionsfähigkeit einer solchen Abstandsmeßeinrichtung entscheidend auf eine optimierte Auslösung des Einschaltimpulses für den Generator, des Aktivierungsimpulses für den Wandler und des Hörimpulses für die Signalempfangsstufe ankommt, die von einem Steuergerät erzeugt werden.

In der DE-OS 33 47 442 ist eine Abstandsmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art beschrieben, bei der zeitgleich mit dem Einschaltimpuls für den Generator von einem Aktivierungsimpuls ein Schalter betätigt wird, der den Wandler an den Ausgang des Generators anschließt. Versuche mit einer solchen Abstandsmeßeinrichtung haben gezeigt, daß ein optimales Schaltverhalten und Meßergebnis nicht erreichbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine solche Abstandsmeßeinrichtung zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung eines Start-Stop-Oszillators als Generator für die Ultraschallsignale eine bestimmte Zeitspanne nach dessen Aktivierung vergeht, bevor dieser Generator mit der richtigen Frequenz schwingt. Während dieser Anschwingzeit des Generators können aber von dem Wandler keine Ultraschallsignale abgestrahlt werden, die später für eine einwandfreie Messung ausgewertet werden könnten. Basierend auf dieser Erkenntnis wird also erfindungsgemäß das Aktivierungssignal für den Wandler zeitverzögert zum Einschaltimpuls für den Generator ausgelöst. Während der Anschwingzeit des Generators werden also von dem Wandler noch keine Ultraschallsignale abgestrahlt. Vielmehr wird der Wandler erst dann an den Generator angeschaltet, wenn dieser mit der vorgegebenen, wandlerabhängigen Resonanzfrequenz schwingt.

Der Grundgedanke dieser Erfindung könnte in der Weise realisiert werden, daß man das Schwingverhalten des Generators abtastet, also beispielsweise dessen Resonanzfrequenz mißt, und erst dann den Aktivierungsimpuls für den Wandler auslöst. Eine solche Ausführung ist jedoch kompliziert und könnte die Meßzykluszeit wieder vergrößern. Deswegen wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Ausführung bevorzugt, bei der die Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Aktivierungsimpulses für den Wandler und dem Beginn des Einschaltimpulses für den Generator fest aufgrund vorheriger Versuche vorgegeben wird. Die Praxis hat gezeigt, daß man diese Verzögerungszeit in Abhängigkeit von den frequenzbestimmenden Elementen des Generators verhältnismäßig genau bestimmen kann, auch wenn berücksichtigt werden muß, daß diese frequenzbestimmten Elemente des Generators meist temperaturabhängig arbeiten.

Durch den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird also zunächst erreicht, daß tatsächlich nur die Schwingungen des Generators als Meßsignal ausgewertet werden, auf deren Resonanzfrequenz der Wandler ausgelegt ist. Die Sendezeit des Wandlers ist damit optimiert und exakt definiert.

Im Interesse einer kurzen Meßzykluszeit wird man nun den Hörimpuls mit einer fest vorgegebenen Verzögerungszeit nach dem Beginn des Aktivierungsimpulses des Wandlers starten, wobei die Verzögerungszeit nicht wesentlich größer als die Abklingszeit des Wandlers plus die Aktivierungszeit sein sollte.

Üblicherweise wird von diesem Hörimpuls ein Schalter zwischen dem Wandler und der Signalempfangsstufe durchgeschaltet, der - wie Versuche gezeigt haben - am Eingang des Verstärkers eine Spannungsänderung auslöst, auf die der Empfangsverstärker auch dann ansprechen könnte, wenn noch überhaupt kein Echosignal vom Wandler empfangen wird. Damit hierdurch keine Verfälschung des Meßergebnisses eintritt, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen, das Ausgangssignal des Empfangsverstärkers erst zeitverzögert nach Beginn des Hörimpulses für diese Signalempfangsstufe abzutasten. Um diese Störeinflüsse des Schaltelementes zwischen dem Wandler und der Signalempfangsstufe möglichst vollständig zu eliminieren, soll schließlich dieser Auswerteimpuls, während dessen Zeitspanne das Ausgangssignal des Empfangsverstärkers abgetastet wird, vor dem Ende des Hörimpulses enden, so daß eine Spannungsänderung beim Abschalten der Signalempfangsstufe ebenfalls ohne Auswirkung auf das Meßergebnis bleibt.

Mit all diesen Maßnahmen, die auf eine optimale zeitliche Steuerung der einzelnen Bausteine der Abstandsmeßeinrichtung abzielen, wird ein optimales Meßergebnis bei kleinen Meßzykluszeiten erreicht, was besonders wichtig ist bei solchen Einrichtungen, bei denen mehrere Wandler im Mulitplexbetrieb nacheinander angesteuert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes näher erläutert, wobei nur die wesentlichen Komponenten angedeutet sind. Im übrigen wird auf die Ausführungen in der eingangs erwähnten Patenanmeldung hingewiesen, in denen einzelne Bausteine genauer erläutert sind.

Zu der Abstandsmeßeinrichtung gehört zunächst ein Steuergerät 10, das an seinen Ausgängen A, B, C zu bestimmten Zeitpunkten Steuerimpulse auslöst. Bei diesem Steuergerät handelt es sich um einen Mikroprozessor bekannter Bauart. Mit 20 ist insgesamt ein Generator bezeichnet, der an seinem Ausgang Impulse mit einer Frequenz von 37 kHz abgibt. Es handelt sich um einen Generator üblicher Bauart mit einem NAND-Gitter 21 sowie einem frequenzbestimmenden Widerstand 22 und einem frequenzbestimmenden Kondensator 23. Das Ausgangssignal dieses Generators 20 wird über einen Leistungsverstärker 30 und ein steuerbares Schaltelement 31 in Form eines Analogschalters dem Ultraschallwandler 32 zugeführt. Über ein weiteres steuerbares Schaltelement 33 kann der Ultraschallwandler 32 mit einer Signalempfangsstufe 40 verbunden werden werden, zu der ein Filter 41, ein Empfangsverstärker 42 sowie eine Auswertestufe gehört, die in das Steuergerät 10, also den Mikroprozessor integriert ist.

Das Steuergerät 10 löst zu Beginn eines Meßzyklus, nämlich zum Zeitpunkt T 0 zunächst am Ausgang A einen Einschaltimpuls für den Generator 20 aus. Oberhalb des Steuergerätes 10 ist in der Zeichnung der Spannungsverlauf am Ausgang dieses Generators 20 dargestellt, aus dem man entnimmt, daß eine bestimmte Zeit TA verstreicht, bis dieser Generator mit der vorgesehenen Frequenz schwingt. Dies liegt daran, daß beim Starten dieses Generators die Eingangsspannung außerhalb der beiden Schwellwerte liegt, bei denen das Umschalten des NAND-Gatters oder des an dessen Stelle eingesetzten Schmitt-Triggers ausgelöst wird. Während dieser Anschwingzeit TA soll der Wandler 32 nicht aktiviert werden. Deswegen wird der Aktivierungsimpuls, der den Schalter 31 steuert und damit den Wandler 32 über den Leistungsverstärker 30 mit dem Ausgang des Generators 20 verbindet, zeitverzögert erst zum Zeitpunkt T 1 ausgelöst, was aus dem in Höhe des Ausganges B angedeuteten Impulsdiagramm ersichtlich ist. Die Verzögerungszeit TV 1 ist fest vorgegeben und vorzugsweise so eingestellt, daß mit Sicherheit gewährleistet ist, daß das Ausgangssignal des Generators im Bereich zwischen den beiden Schwellwerten liegt. Auf diese Weise wird also sichergestellt, daß der Wandler grundsätzlich nur mit der richtigen Frequenz erregt wird.

Der am Ausgang A ausgelöste Einschaltimpuls für den Generator und der am Ausgang B ausgelöste Aktivierungsimpuls für den Wandler enden zum gleichen Zeitpunkt, wie die Zeichnung zeigt. Zum Zeitpunkt T 2, also mit einer fest vorgegebenen Verzögerungszeit TV 2 gegenüber dem Beginn des Aktivierungsimpulses wird am Ausgang C des Steuergerätes 10 ein Hörimpuls ausgelöst, der über das Schaltelement 33 den Wandler 32 mit der Signalempfangsstufe 40 verbindet. Bei dem Durchschalten dieses Schaltelementes 33 entsteht ein kleiner Spannungssprung, der ein Ansprechen der sehr empfindlichen Signalempfangsstufe 40 zur Folge haben könnte. Deshalb erzeugt das Steuergerät 10 zeitverzögert einen Auswerteimpuls und nur während der Dauer dieses Auswerteimpulses wird die dem Eingang E des Steuergerätes zugeführte Ausgangsspannung des Empfangsverstärkers 42 intern von dem Steuergerät abgetastet. Aus dem in Höhe des Einganges E angedeuteten Impulsdiagramm geht hervor, daß dieser Auswerteimpuls endet, bevor das Schaltelement 33 die Empfangsstufe 40 wieder von dem Wandler 32 trennt.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung ersichtlichen Verzögerungszeiten nicht maßstäblich sind. Diese Zeichnung soll vielmehr lediglich das Prinzip der Erfindung verdeutlichen, wobei noch zu erwähnen ist, daß die Meßzykluszeit weiter verkürzt werden kann, wenn man den Einschaltimpuls kurz vor Ablauf des Hörimpulses bereits startet. Dies ist möglich, weil ja der Wandler erst mit Beginn des Aktivierungsimpulses angesteuert wird. Wenn also das Ende des Hörimpulses während der mit TV 1 gekennzeichneten Zeitspanne liegt, können Fehlmessungen nicht auftreten.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem elektroakustischen Wandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen, einem elektrischen Generator zur Aktivierung des Wandlers, einer Signalempfangsstufe für die vom Wandler erfaßten Echosignale sowie einem Steuergerät, das Einschaltimpulse für den Generator, Aktivierungsimpulse für den Wandler und Hörimpulse für die Signalempfangsstufe abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungsimpuls für den Wandler (32) zeitverzögert zum Einschaltimpuls für den Generator (20) ausgelöst wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (TV 1) zwischen dem Beginn des Aktivierungsimpulses und dem Beginn des Einschaltimpulses fest vorgegeben ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltimpulse und die Aktivierungsimpulse zeitgleich enden.

4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hörimpuls mit einer gegenüber dem Beginn des Aktivierungsimpulses fest vorgegebenen Verzögerungszeit (TV 2) beginnt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Signalempfangsstufe (40) ein Empfangsverstärker (42) und eine Auswertestufe gehört, daß von dem Steuergerät (10) außerdem ein Auswerteimpuls ausgelöst wird, während dessen Impulszeit die Auswertestufe das Ausgangssignal des Empfangsverstärkers (42) abtastet, und daß diese Auswerteimpulszeit verzögert zum Beginn des Hörimpulses ausgelöst wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteimpuls vor dem Ende des Hörimpulses endet.