DE3937585C2 - Einrichtung zur Abstandsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem elektroakustischen Wandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen, einem Generator zur Aktivierung des Wandlers und einer Signalempfangsstufe für die vom Wandler erfaßten Echosignale, zu der ein Verstärker mit einem nachgeschalteten Komparator gehört, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht, der mit Beginn der Aktivierung des Wandlers auf einen ersten Wert eingestellt ist.

Es sind bereits Einrichtungen zur Abstandsmessung bekannt, bei denen zunächst über einen elektroakustischen Wandler für einen bestimmten Zeitraum ein Ultraschallsignal ausgesandt wird. Dieses Ultraschallsignal wird dann nach Reflexion an einem Hindernis von dem gleichen Wandler als Echosignal empfangen. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Absenden des Ultraschallsignals und dem Empfang dieses Echosignals kann die Entfernung des Hindernisses von dem Wandler errechnet werden. Einrichtungen dieser Art werden in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, um das Einparken auch in enge Parklücken zu erleichtern, ohne daß die Gefahr eines Zusammenstoßes mit einem anderen Fahrzeug besteht. Solche Einrichtungen zur Abstandsmessung an Kraftfahrzeugen sollten folglich einen Detektionsbereich von etwa 1,5 m bis 0,25 m aufweisen. Natürlich sollten unerwünschte Meßergebnisse aufgrund von Bodenechos weitgehend vermieden werden. Schließlich muß auch darauf geachtet werden, daß bei derartigen Einrichtungen bestimmte Hindernisse unabhängig von deren Reflexionseigenschaften über den gesamten, oben erwähnten Detektionsbereich sicher erkannt werden.

Ein wesentliches Problem bei der Entwicklung derartiger Einrichtungen zur Abstandsmessung besteht darin, daß nach der Aktivierung des Wandlers eine bestimmte Zeitspanne vergeht, in der der Wandler ausschwingt. Dabei nimmt die Amplitude des am Wandler meßbaren Signals zwar verhältnismäßig rasch ab, liegt aber dennoch weit über den Werten, die aufgrund von Echosignalen auftreten können. Echosignale, die in dieser Ausschwingzeit auf den Wandler auftreffen, können folglich nicht erkannt werden. Die untere Meßbereichsgrenze ist also bei einem solchen System, bei dem Wandler zum Senden der Ultraschallsignale und zugleich zum Empfang der Echosignale dient, abhängig von der Ausschwingzeit des Wandlers. Diese Ausschwingzeit ist aber von verschiedenen Faktoren abhängig. Neben baubedingten Toleranzen spielen insbesondere auch Temperatureinflüsse eine erhebliche Rolle.

Aus der DE 33 39 984 C2 ist eine Einrichtung zur Messung von Füllständen mit Hilfe eines Ultraschall-Entfernungsmeßgerätes bekannt. Bei einem derartigen Füllstandsmeßgerät kommt es offensichtlich darauf an, auch bei einem besonders kleinen Abstand zwischen Meßgerät und dem Pegel des Füllguts messen zu können. Bei der bekannten Anordnung wird daher die Verstärkung stets so weit heruntergeregelt, daß sie in Verbindung mit der Empfangsspannung des ausschwingenden Wandlers innerhalb der vorgegebenen Schwelle bleibt, die erst durch ein Echo überschritten werden kann. Hierzu müssen Funktionskurven gespeichert sein, die den Ausschwingverlauf des Wandlers sehr genau beschreiben. Ein derartiges Verfahren ist vergleichsweise aufwendig, da das Ausschwingverhalten von einer größeren Anzahl von Umgebungsparametern wie beispielsweise der Umgebungstemperatur der Generatorspannung und ähnlichem abhängt.

Aus der EP-00 48 958 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung und Anzeige der Unterschreitung der vorgegebenen Mindestabstände zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis beschrieben. Dabei ist für einen Vergleicher ein Meßfenster vorgesehen, das erst dann geöffnet wird, wenn das Signal am Sendewandler sicher abgeklungen ist. Die Abschaltzeit ist voreingestellt und somit nicht selbsttätig von den augenblicklich herrschenden Umgebungsparametern abhängig.

Folglich haben bekannte Ausführungen, bei denen während einer definierten Zeitspanne ab Beginn oder Ende der Aktivierung des Wandlers der Empfänger blockiert ist, keine in vollem Umfange zufriedenstellenden Betriebseigenschaften gezeigt. Ist nämlich diese Zeitspanne, in der der Empfänger blockiert und damit eine Auswertung der Echosignale verhindert wird, verhältnismäßig lang, so wird die untere Meßbereichsgrenze keine Werte in der Größenordnung von 0,25 m erreichen. Verkürzt man aber diese Zeitspanne, kann es bei ungünstigen Einflüssen vorkommen, daß durch den noch ausschwingenden Wandler ein Echosignal vorgetäuscht und ausgewertet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Abstandsmessung nach der eingangs erwähnten Art mit einfachen Mitteln so weiterzubilden, daß mit ausreichender Genauigkeit Hindernisse in einem vorgegebenen Detektionsbereich, der möglichst nahe an den Wandler heranreicht, erfaßt und ausgewertet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwellwert für den Komparator durch eine Schaltstufe von dem ersten auf einen zweiten Wert umstellbar ist, wobei der erste Wert oberhalb des höchsten, aufgrund eines Echosignals meßbaren Wertes und der zweite Wert in einem Bereich der Werte liegt, die aufgrund der Echosignale meßbar sind, daß in einer Zeiterfassungsstufe eine Meßzeitspanne von Beginn der Aktivierung des Wandlers bis zum Umschalten des Ausgangssignals des Komparators, wenn das aufgrund des Ausschwingens des Wandlers abklingende Meßsignal den ersten Schwellwert unterschreitet, erfaßt wird und daß in einer Rechnerstufe aus dieser Meßzeitspanne ein späterer Umschaltzeitpunkt errechnet wird, an dem die Schaltstufe den Schwellwert für den Komparator auf den zweiten Wert zur Auswertung der Echosignale umstellt.

Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, daß man den toleranzabhängigen und temperaturabhängigen Ausschwingvorgang eines Wandlers mit ausreichender Genauigkeit abschätzen kann, wenn man noch während der Ausschwingzeit, also bei Signalpegeln an dem Wandler, die oberhalb des Bereichs liegen, in dem die Echosignale meßbar sind, den Zeitpunkt feststellt, an dem eine bestimmte Schwelle eines Komparators unterschritten wird. Diese Meßzeitspanne variiert nämlich von Wandler zu Wandler, wobei auch Temperatureinflüsse berücksichtigt sind. Aus dieser Zeitspanne, die zwischen der Aktivierung des Wandlers und dem Unterschreiten einer ersten Schwelle des Komparators vergeht, kann nun ein späterer Umschaltzeitpunkt errechnet werden, an dem der Schwellwert für den Komparator auf einen zweiten, niedrigeren Wert umgeschaltet wird, der innerhalb des Bereiches liegt, der bei solchen Echosignalen erreicht wird, die üblicherweise in dem gewünschten Detektionsbereich auftreten.

Im Prinzip wird bei der vorliegenden Erfindung also keine für alle Wandler konstante, feste Ausschwingzeit angenommen, vielmehr wird aus dem Verlauf des Ausschwingvorgangs kurz nach Beendigung der Aktivierung des Wandlers der weitere Verlauf des Ausschwingvorgangs des Wandlers abgeschätzt und dann ein Meßvorgang ab dem individuell errechneten Umschaltzeitpunkt für die dann herabgesetzte Schwelle des Komparators ermöglicht. Bei dieser Methode wird selbst dann noch sicher ein Echo erkannt, wenn das Hindernis so dicht am Wandler ist, daß das Ende des Echosignals kurz hinter dem Umschaltzeitpunkt der Schwelle liegt. Im Vergleich zu den bekannten Ausführungen kann damit die untere Meßbereichsgrenze in Richtung kleinerer Werte verschoben werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll der zweite Schwellwert zeitabhängig nach einer vorgegebenen Funktion veränderbar sein, wobei diese Funktion vorzugsweise vom Kehrwert der Zeit abhängig ist. Auf diese Weise kann nämlich sichergestellt werden, daß auch Echosignale von Hindernissen, die sich in größerer Entfernung vom Wandler befinden und einen vergleichsweise schwachen Reflexionsgrad aufweisen oder selbst verhältnismäßig klein sind, einwandfrei erfaßt werden. Die von diesen Hindernissen ausgelösten Echosignale treffen zu einem vergleichweise späten Zeitpunkt wieder auf den Wandler auf und zu diesem Zeitpunkt ist bei der mit vorstehend erwähnten Merkmalen weitergebildeten Einrichtung der Schwellwert des Komparators entsprechend verringert. Andererseits wird durch diese Maßnahme sichergestellt, daß im Nahbereich keine ungewollten Echosignale vorgetäuscht werden. Insbesondere gilt dies für Echos von der Fahrbahnfläche, die nicht zu vermeiden sind, deren Signalpegel aber unterhalb des zu diesem Zeitpunkt noch verhältnismäßig hohen Schwellwertes am Komparator liegen.

Diese zeitabhängige Funktion, nach der sich der Schwellwert des Komparators verkleinert, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform aus der bei einer Entladung meßbaren Kondensatorspannung abgeleitet. Dabei wird dieser Kondensator während der Aktivierungszeit des Wandlers aufgeladen. Am Ende dieser Aktivierungszeit liegt die Kondensatorspannung auf einem definierten Ausgangswert für den sich danach nach einer zeitabhängigen Funktion verringernden Schwellwert. Eine solche Ausführung hat in schaltungstechnischer Hinsicht Vorteile, weil die Aktivierungszeit des Wandlers zur Aufladung des Kondensators ausgenutzt wird und der Beginn der Entladung des Kondensators auf einen Zeitpunkt, nämlich das Ende der Aktivierungszeit, festgesetzt wird, der ohne zusätzliche Schaltungsteile feststellbar ist.

Im Prinzip könnte man diese zeitabhängige Sehwelle für den Komparator so festlegen, daß die im gewünschten Detektionsbereich vorkommenden Echosignale einwandfrei detektiert werden. Allerdings könnte dieses zur Folge haben, daß dieser Schwellwert dann auf Werte absinkt, die - jedenfalls bei einer nicht sachgerechten Auslegung der Schaltung oder der Leitungsführung auf einer gedruckten Leiterplatine - kaum mehr mit ausreichender Genauigkeit erfaßbar sind. Deshalb wird gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der Verstärkungsfaktor des dem Komparator vorgeschalteten Verstärkers zeitgleich mit der Umstellung des Schwellwertes auf einen höheren Wert umgestellt. Dann kann die zeitabhängige Kennlinie des zweiten Schwellwertes für den Komparator gewissermaßen um einen bestimmten Faktor zu höheren Signalpegeln hin verschoben sein. Dennoch werden auch Echosignale von verhältnismäßig weit entfernten Hindernissen detektiert, weil deren Signalpegel durch den nun auf einen höheren Verstärkungsfaktor umgeschalteten Verstärker ausreichend angehoben werden.

Es wird bei dieser Gelegenheit darauf hingewiesen, daß der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung bisher anhand einer ersten Ausführung beschrieben ist, bei der der Schwellwert des Komparators während des Ausschwingvorgangs umgestellt wird. Prinzipiell erreicht man aber die gleichen Ergebnisse auch dann, wenn man nur eine Schwelle verwendet, dafür aber die Verstärkung des dem Komparator vorgeschalteten Verstärkers umschaltet. Beim Senden und einem Teil des Ausschwingvorgangs soll also der Verstärker mit geringer Verstärkung arbeiten. Wird die festgelegte Schwelle unterschritten, kann man aus der vom Beginn der Aktivierung des Wandlers vergangenen Zeit einen Umschaltzeitpunkt berechnen, an dem der Verstärkungsfaktor des Verstärkers auf einen höheren Wert umgeschaltet wird. Entsprechendes gilt sinngemäß auch bezüglich der zeitabhängigen Schwelle, d. h. man kann auch ab dem Umschaltzeitpunkt bei konstant gehaltenem Schwellwert des Komparators den Verstärkungsfaktor zeitabhängig ändern. Nachteilig bei einer solchen Ausführung ist allerdings, daß die Ausbildung eines Verstärkers mit dem gewünschten zeitabhängigen Verlauf des Verstärkungsfaktors bei den hier vorliegenden Verhältnissen, also vergleichsweise geringen Signalspannungen, wegen den unvermeidbaren Toleranzen und dem Temperaturverhalten der Bauteile größere Probleme aufwirft als eine Schaltanordnung mit einer umschaltbaren und teilweise zeitabhängigen Komparatorschwelle, bei der der Verstärkungsfaktor nur zwischen zwei festen Werten umstellbar ist.

Diese zweite Ausführung ist Gegenstand des Patent­ anspruchs 7.

Die Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Abstandsmessung,

Fig. 2 ein weiter detailliertes Blockschaltbild, insbesondere zur Signalempfangsstufe,

Fig. 3 ein konkretes Schaltbild eines Teils der Signalempfangsstufe,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der an den Eingängen des Komparators der Signalempfangsstufe anliegenden Signale und

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Komparators.

Zu einer Einrichtung zur Abstandsmessung gehört gemäß Fig. 1 eine zentrale Steuereinheit 10 mit einem Mikrorechner mit einem Programmspeicher, der in geeigneter Weise programmiert ist. Diese zentrale Steuereinheit 10 erzeugt an einem Ausgang hochfrequente Schwingungen, die über eine Leitung 11 einer Sendestufe 12 zugeführt werden. In dieser Sendestufe 12 wird das Signal auf einen geeigneten Spannungspegel hochtransformiert. An den Ausgang dieser Sendestufe 12 ist ein Sendemultiplexer 13 angeschlossen, der das hochtransformierte Sendesignal zyklisch auf einen von n Wandlern 15 verteilt. Dieser Sendemultiplexer 13 ist außerdem über die Auswahlleitung 14 mit einem Ausgang der zentralen Steuereinheit 10 verbunden.

Der bis jetzt beschriebene Sendeteil der Abstandsmeßeinrichtung arbeitet in an sich bekannter Weise derart, daß jeweils einer der Wandler 15 für eine bestimmte Zeitspanne, nämlich die Sendezeit TS durch ein Signal aktiviert wird, das von der zentralen Steuereinheit 10 ausgelöst und über die Sendestufe 12 entsprechend verstärkt wird. Die zentrale Steuereinheit 10 zusammen mit der Sendestufe 12 erfüllen damit also die Funktion eines Generators zur Aktivierung eines elektroakustischen Wandlers 15, der dann Ultraschallsignale aussendet.

Der Sendemultiplexer 13 ist natürlich nur notwendig, wenn in zyklischer Reihenfolge mehrere Wandler 15 nacheinander angesteuert werden sollen, wie das bei einer Abstandsmeßeinrichtung bei Fahrzeugen üblich ist, die mehrere elektroakustische Wandler im Heckbereich und im Frontbereich aufweisen. Bei Systemen mit nur einem elektroakustischen Wandler kann dieser Sendemultiplexer 13 entfallen. Das Signal der Sendestufe 12 wird dann direkt dem elektroakustischen Wandler 15 zugeführt.

Zum Empfangsteil gehört ein Empfangsmultiplexer 17, der entsprechend einem Signal auf der Auswahlleitung 18 jeweils einen der Wandler 15 mit einer insgesamt mit 20 bezeichneten Signalempfangsstufe verbindet. Einzelheiten dieser Signalempfangsstufe sind in Fig. 2 und 3 dargestellt. Aus Fig. 1 ist entnehmbar, daß diese Signalempfangsstufe 20 einen mit dem Empfangsmultiplexer 17 verbundenen Eingang 21 und eine zur zentralen Steuereinheit 10 führende Ausgangsleitung 22 aufweist. Außerdem führen zu dieser Signalempfangsstufe 20 zwei Steuerleitungen 23, 24, wobei die Steuerleitung 24 mit der Leitung 11 verbunden ist, die von der zentralen Steuereinheit 10 zur Sendestufe 12 führt.

Die von einem elektroakustischen Wandler 15 aufgenommenen Echosignale werden von dieser Signalempfangsstufe 20 verstärkt und einem Komparator zugeführt, wie das später noch erläutert wird. Wird ein solches Echosignal empfangen, ändert der Komparator 35 in der Signalempfangsstufe 20 seinen Schaltzustand und dieses Signal wird dann von der zentralen Steuereinheit 10 erkannt. Die zentrale Steuereinheit 10 berechnet aus der Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Aktivierung eines Wandlers und dem am Ausgang der Signalempfangsstufe 20 abgreifbaren, ein Echosignal symbolisierenden Schaltzustand die Entfernung zwischen dem Wandler und einem das Echosignal auslösenden Hindernis. Diese Entfernung wird dann optisch oder auch akustisch in einem Anzeigegerät 19 dargestellt.

Wiederum wird darauf hingewiesen, daß ein Empfangsmultiplexer 17 natürlich nur notwendig ist, wenn über eine zentrale Steuereinheit 10 in zyklischer Reihenfolge die Echosignale auf mehreren Wandlern nacheinander abgetastet werden sollen. Ansonsten kann das von dem elektroakustischen Wandler aufgenommene Echosignal direkt der Signalempfangsstufe 20 zugeführt werden.

In Fig. 2 sind nun Einzelheiten der Signalempfangsstufe 20 genauer dargestellt. Das am Eingang 21 der Signalempfangsstufe 20 erscheinende Signal wird zunächst in einem rauscharmen Vorverstärker 30 verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann einem Impedanzwandler 31 zugeführt, an dessen Ausgang ein erstes aktives Filter 32 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses ersten aktiven Filters 32 ist an den Eingang 51 eines insgesamt mit 50 bezeichneten Verstärkers angeschlossen, der später anhand von Fig. 3 noch genauer erläutert wird. Das von diesem Verstärker 50 verstärkte Signal wird über einen Demodulator 33 dem einen Eingang 34 eines Komparators 35 zugeführt, dessen anderer Eingang mit 36 bezeichnet ist.

In Fig. 2 ist mit 40 eine Schaltstufe bezeichnet, zu der ein Analogschalter 41 und ein erster Schwellwertgeber 42 und ein zweiter Schwellwertgeber 43 gehören. In Abhängigkeit von dem Signal auf der Steuerleitung 23 kann über diesen Analogschalter 41 das Signal des einen Schwellwertgebers 42 oder das Signal des anderen Schwellwertgebers 43 auf den einen Eingang 36 des Komparators 35 aufgeschaltet werden. Dabei ist in Fig. 2 angedeutet, daß der Schwellwertgeber 42 einen über die Zeit konstanten Schwellwert liefert, während der andere Schwellwertgeber 43 einen zweiten, zeitabhängigen Schwellwert bereitstellt. In Fig. 2 ist außerdem schematisch ein weiterer Analogschalter 45 dargestellt, der über die Steuerleitung 24 angesteuert wird. Über diesen Analogschalter 45 wird - wie dies später noch erläutert wird - ein Anfangswert für den zeitabhängigen Schwellwert des Schwellwertgebers 43 gesetzt. Dabei wird der zeitabhängige Verlauf des Schwellwertes des Schwellwertgebers 43 aus der Entladung eines Kondensators abgeleitet. Schließlich ist ein weiterer Analogschalter 48 vorgesehen, der wie der Analogschalter 41 zur Umschaltung der Schwellwerte für den Komparator 35 über die Steuerleitung 23 angesteuert wird. Über diesen Analogschalter 48 wird - wie dies ebenfalls später noch erläutert wird - der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 50 umgeschaltet.

Wesentlicher Bestandteil des in Fig. 3 näher dargestellten Verstärkers 50 ist ein Operationsverstärker 60, dem das vorverstärkte und gefilterte Signal über den Eingang 51, den Vorwiderstand 61 und den Kondensator 62 zugeführt wird. Dieser Operationsverstärker 60 ist in an sich bekannter Weise als selektiver Verstärker beschaltet. Zur Beschaltung inklusive der Arbeitspunkteinstellung des Operationsverstärkers 60 gehören auch die Widerstände 63, 64, 65, 66 und der Kondensator 67. In dem den Verstärkungsfaktor bestimmenden Rückkopplungskreis liegt abhängig vom Schaltzustand des Analogschalters 48 entweder der vergleichsweise große Rückkopplungswiderstand 70 oder - bei der gezeigten Schaltstellung - der dann vergleichsweise kleine Rückkopplungswiderstand 71. Im Rückkopplungskreis liegt außerdem noch ein Kondensator 68, der im Zusammenwirken mit dem Kondensator 62 in der nicht dargestellten Schaltstellung des Analogschalters 48 das Frequenzverhalten beeinflußt.

Insgesamt ist aus dieser Beschreibung ableitbar, daß in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Analogschalters 48 der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 50 von einem ersten niedrigen Wert auf einen zweiten höheren Wert umschaltbar ist. Die Bedeutung dieses umschaltbaren Verstärkungsfaktors wird später erläutert.

Das Ausgangssignal dieses Operationsverstärkers 60 wird einem Demodulator 33 zugeführt, zu dem die Kondensatoren 80, 81, 82, die Widerstände 83, 84 und als wesentliche Bauteile die beiden Dioden 85, 86 gehören. Durch diesen Demodulator 33 wird eine Hüllkurve zu der am Ausgang des Verstärkers hochfrequenten Wechselspannung gebildet. Das Ausgangssignal des Demodulators 33 wird dem einen Eingang 34 des Komparators 35 zugeführt.

Aus Fig. 3 ist nun auch der konkrete Aufbau der beiden Schwellwertgeber 42 und 43 erkennbar. Zu dem den konstanten Schwellwert bildenden Schwellwertgeber 42 gehören die beiden Widerstände 90, 91, die einen Spannungsteiler zwischen der positiven Spannung und Masse bilden, wobei der eine Eingang des Analogschalters 41 an den gemeinsamen Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände 90, 91 angeschlossen ist.

Zum anderen Schwellwertgeber 43 gehören die beiden Widerstände 92 und 93 sowie der Kondensator 94. Wenn der Analogschalter 45 seine Arbeitsstellung einnimmt, wird der Kondensator 94 auf einen positiven Spannungswert aufgeladen. Nimmt der Analogschalter 45 dagegen die gezeigte Ruhestellung ein, wird die Aufladung des Kondensators 94 unterbrochen und die Entladung beginnt. Wird nun der Analogschalter 41 in die Arbeitsstellung umgestellt, liegt die Kondensatorspannung an dem zweiten Eingang 36 des Komparators. Folglich ist nun an diesem Eingang 36 ein zeitlich veränderbarer Schwellwert meßbar.

Anhand der Fig. 4 und 5 soll im folgenden die Wirkungsweise dieser Einrichtung zur Abstandsmessung näher erläutert werden.

In Fig. 4 ist ein erster Kurvenzug I, der den zeitlichen Verlauf der am Eingang 34 des Komparators meßbaren Spannung widergibt. Da dieser Komparatoreingang 34 über die verschiedenen Verstärkerstufen dauernd und unveränderbar mit dem elektroakustischen Wandler 15 verbunden ist, gibt dieser Kurvenzug I auch den Verlauf der an dem elektroakustischen Wandler 15 meßbaren Signalspannung wieder. Die hochfrequenten Schwingungen sind natürlich nicht ersichtlich, weil das Signal demoduliert ist. Gezeigt ist also nur die Einhüllende dieser Schwingungen. Zum Zeitpunkt T1 beginnt die Erregung des Wandlers 15. Zum Zeitpunkt T2 ist die Aktivierung dieses Wandlers 15 abgeschlossen. In der Praxis bedeutet dies, daß über die Sendestufe 12 in der Zeitspanne zwischen T1 und T2 ein Impulspaket mit einer vergleichsweise hohen Amplitude dem elektroakustischen Wandler zugeführt wird, dessen Membran dadurch in Schwingungen versetzt wird, so daß ein Ultraschallsignal einer bestimmten Leistung abgestrahlt wird. Die elektrische Erregung endet also zum Zeitpunkt T2. Zum Zeitpunkt T2 beginnt der Ausschwingvorgang des Wandlers, wobei wegen der starken Übersteuerung der Signalempfangsstufe zunächst am Eingang 34 des Komparators 35 der gleiche Signalpegel meßbar ist. Ab dem Zeitpunkt T3 ist das Ausschwingen des Wandlers auch am Eingang des Komparators 34 aufgrund der nun abnehmenden Signalamplitude erkennbar. Zum Zeitpunkt T4 ist das Signal so weit abgeklungen, daß bei der üblichen Höhe der Echosignale nunmehr ein Meßvorgang möglich ist. Mit dem Zeitpunkt T4 ist also das Ende der für den vorliegenden Anwendungsfall realistischen Ausschwingzeit des Wandlers markiert. Zum Zeitpunkt T5 steigt die Signalspannung am Eingang 34 des Komparators 35 wieder signifikant an. Dies liegt an dem Empfang eines Echosignals, das im Zeitraum zwischen T5 und T6 auftritt.

Der Kurvenzug II in Fig. 4 stellt den zeitabhängigen Spannungsverlauf am anderen Eingang 36 des Komparators 35 dar. Fig. 5 zeigt das Signal am Ausgang der Komparators 35. Aus Fig. 4 ist nun zunächst erkennbar, daß mit Beginn der Aktivierung des Wandlers am Komparatoreingang 36 ein erster Schwellwert S1 meßbar ist. Dieser erste Schwellwert S1 bleibt bis zu dem Zeitpunkt T4 erhalten. Dann wird der Analogschalter 41 umgestellt und folglich dem Eingang 36 des Komparators ein zeitabhängiger Schwellwert S2 zugeführt, der mit der Zeit t abnimmt.

Der erste Schwellwert S1 liegt dabei weit oberhalb des höchsten, aufgrund eines Echosignals E meßbaren Signalpegels. Folglich wird unabhängig vom Zeitpunkt des Auftretens eines Echosignals E ein Zeitpunkt TM erreicht, bei dem die Hüllkurve der dem Empfangssignal am Wandler 15 entsprechenden Signalspannung am Eingang 34 des Komparators 35 den ersten Schwellwert S1 unterschreitet. Die Zeitspanne zwischen T1 und TM ist dabei von Umwelteinflüssen, insbesondere auch der Temperatur im Bereich des Wandlers abhängig. Aus dieser Meßzeitspanne MZ zwischen T1 und TM kann der weitere Verlauf des Ausschwingvorgangs des Wandlers 15 ausreichend genau abgeschätzt werden. Aus dieser Meßzeitspanne MZ errechnet die zentrale Steuereinheit 10 einen Umschaltzeitpunkt T4, an dem die Schaltstufe 40 den dem Komparatoreingang 36 zugeführten Schwellwert auf den veränderbaren zweiten Schwellwert S2 umstellt. Zu diesem Umschaltzeitpunkt T4 wird also der Analogschalter 41 in seine Arbeitsstellung umgestellt und damit die Entladespannung des Kondensators 94 auf den Eingang 36 des Komparators 35 aufgeschaltet. Die Höhe der zu diesem Zeitpunkt meßbaren Spannung ist nicht konstant. Aus Fig. 3 kann abgeleitet werden, daß während der Aktivierungszeit eines Wandlers, also in dem Zeitraum zwischen T1 und T2 der Analogschalter 45 periodisch in seine Arbeitsstellung umgestellt und damit während der Aktivierungszeit eines Wandlers der Kondensator 94 rasch auf einen definierten Anfangswert UA aufgeladen wird. Dies läßt sich daraus ableiten, daß die zu dem Analogschalter 45 führende Steuerleitung 24 mit der Leitung 11 verbunden ist, die die Sendestufe 12 mit der zentralen Steuereinheit 10 verbindet und folglich während der Aktivierungszeit des Wandlers ein Impulssignal führt. Zum Zeitpunkt T2 ist also der Kondensator 94 auf einen definierten Anfangswert UA aufgeladen und in Abhängigkeit von der Meßzeitspanne MZ und dem daraus errechneten Umschaltzeitpunkt T4 kann die Kondensatorspannung bei Beginn der Umschaltung des dem Komparator 35 zugeführten Schwellwertes zunächst größer oder kleiner sein als der erste Schwellwert S1. Auf jeden Fall wird sich der Schwellwert S2 aber rasch derart verringern, daß bei einem gegebenen Verstärkungsfaktor nun Echosignale auswertbar sind.

Zum Zeitpunkt T5 überschreitet das vom Wandler kommende Signal gemäß dem Kurvenzug I den Schwellwert S2 und damit ändert der Komparator 35 in einem Zeitraum zwischen T5 und T6, also während des Auftretens des Echosignals, seinen Schaltzustand. Der zeitliche Abstand ZA zwischen den beiden positiven Flanken am Ausgang des Komparators 35 ist ein Maß für die Entfernung zwischen dem ein Echosignal auslösenden Hindernis und dem Wandler. Die zentrale Steuereinheit 10 kann aus diesem zeitlichen Abstand ZA die konkrete Entfernung in cm errechnen und ein entsprechendes Signal dem Anzeigegerät 19 zuführen.

Insgesamt ist also zu der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Abstandsmessung folgendes festzustellen:

Der Schwellwert für den Komparator 35, also die dem einen Eingang 36 zugeführte Signalspannung, ist durch eine Schaltstufe 40 mit einem Analogschalter 41 von einem ersten, durch den Schwellwertgeber 42 vorgegebenen Wert auf einen zweiten, durch den Schwellwertgeber 43 vorgegebenen Wert umstellbar. Dabei ist der erste Schwellwert S1 konstant und liegt oberhalb des höchsten, aufgrund eines Echosignals meßbaren Wertes. Der zweite Schwellwert S2 liegt dagegen in einem Bereich der Werte, die aufgrund von üblichen Echosignalen zu erwarten sind.

Zu der zentralen Steuereinheit 10 gehört gewissermaßen eine Zeiterfassungstufe, die eine Meßzeitspanne MZ von Beginn der Aktivierung des Wandlers zum Zeitpunkt T1 bis zum Umschalten des Ausgangssignals des Komparators 35 zum Zeitpunkt TM erfaßt. Zu diesem Zeitpunkt TM unterschreitet das aufgrund des Ausschwingens des Wandlers abklingende Signal den ersten Schwellwert S1. Diese Zeiterfassungsstufe wird in der Praxis durch ein geeignetes Programm realisiert, wobei man sich den Sachverhalt vereinfacht so vorstellen kann, daß mit Beginn der Aktivierung eines Wandlers der Stand eines von einem Oszillator getakteten Zählers abgelesen wird und daß der Stand dieses Zählers dann erneut abgelesen wird, wenn der Komparator wieder seinen Schaltzustand ändert.

Schließlich beinhaltet die zentrale Steuereinheit 10 eine ebenfalls durch geeignetes Programm realisierte Rechnerstufe, durch die aus dieser Meßzeitspanne MZ ein späterer Umschaltzeitpunkt T4 errechnet wird, an dem über die Schaltstufe 40 durch Umschalten des Analogschalters 41 der zeitabhängige zweite Schwellwert S2 eingestellt wird. Dieser sich nach einer zeitabhängigen Funktion verkleinernde Schwellwert S2 wird aus der bei der Entladung eines Kondensators 94 meßbaren Spannung abgeleitet, der während der Aktivierungzeit des Wandlers, also in der Zeitspanne T1 bis T2 aufgeladen wird, so daß er am Ende der Aktivierungszeit zum Zeitpunkt T2 eine definierte Ausgangsspannung UA als Ausgangswert für die zeitabhängige Funktion aufweist. Der Verlauf dieses zeitabhängigen Schwellwertes S2 ist vom Kehrwert der Zeit abhängig, der Schwellwert S2 verringert sich also mit zunehmender Zeitdifferenz zum Beginn der Aktivierungzeit eines Wandlers. Der Sachverhalt kann auch so ausgedrückt werden, daß der Schwellwert für Echosignale, die an Hindernissen in geringer Entfernung ausgelöst werden, größer ist als der Schwellwert für Echosignale, die an Hindernissen in größerer Entfernung ausgelöst werden. Durch diese Empfindlichkeitsänderung des Systems während der Meßphase soll sichergestellt werden, daß auch verhältnismäßig kleine Hindernisse in größerer Entfernung noch einwandfrei detektiert werden, andererseits aber ungewollte, beispielsweise von der Fahrbahn herrührende Echos aus kurzer Entfernung keinen Meßwert am Anzeigegerät auslösen.

In Fig. 4 erkennt man im Bereich des Umschaltzeitpunktes T4 einen kurzen Anstieg des Kurvenzugs I. Dies hängt damit zusammen, daß der Verstärkungsfaktor des dem Komparator 35 vorgeschalteten Verstärkers 50 umschaltbar ist. Das Steuersignal auf der Leitung 23, das über den Analogschalter 41 auch die Schwellwerte von S1 auf S2 umschaltet, beeinflußt auch den Analogschalter 48 im Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers 60. Dabei sind die Verhältnisse so gewählt, daß bei Beginn 11 der Aktivierung eines Wandlers der Verstärkungsfaktor auf einen niedrigen Wert eingestellt ist und zeitgleich mit der Umschaltung der Schwellwerte zum Zeitpunkt T4 auf einen höheren Wert umgestellt wird. Bei einer praktischen Ausführungsform wird die Verstärkung um den Faktor 10 geändert. Dies ist in diesem Maße anhand des Kurvenzuges I in Fig. 4 nicht ersichtlich, weil der Demodulator 33 nicht in der Lage ist, sprunghafte Änderungen direkt zu übertragen. Außerdem muß berücksichtigt werden, daß während des Umschaltens des Verstärkungsfaktors die Signalspannung des ausschwingenden Wandlers weiter stark abnimmt, wodurch die Erhöhung des Verstärkungsfaktors nahezu vollständig kompensiert wird. Es wird daher darauf hingewiesen, daß der Kurvenzug I im Bereich T4 den Sachverhalt übertrieben stark zum Ausdruck bringt.

Insgesamt ist festzustellen, daß durch die erfindungsgemäße Umschaltung des Schwellwertes am Komparator die untere Meßbereichsgrenze der Abstandsmeßeinrichtung zu kleinen Werten hin verschoben werden kann. Dabei wird ein Echosignal selbst dann noch sicher erkannt, wenn sich das Hindernis so dicht am Wandler befindet, daß das Ende der Einhüllenden des Echosignals kurz hinter dem Umschaltzeitpunkt T4 der Schwellwerte liegt. In einem solchen Fall wird zwar nicht der Beginn des Echosignals, also der Zeitpunkt T5, ermittelt. Immerhin wird aber angezeigt, daß sich ein Hindernis in nahem Abstand vor dem Wandler befindet. Die exakte Entfernung bei solchen extrem kurzen Distanzen ist für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs jedoch von untergeordneter Bedeutung, weil das Rangieren bei den dann sehr geringen Entfernungen vor einem Hindernis praktisch ohnehin nicht möglich ist.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem elektroakustischen Wandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen, einem Generator zur Aktivierung des Wandlers und einer Signalempfangsstufe für die vom Wandler erfaßten Echosignale, zu der ein Verstärker mit einem nachgeschalteten Komparator gehört, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht, der mit Beginn der Aktivierung des Wandlers auf einen ersten Wert eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert für den Komparator (35) durch eine Schaltstufe (40) von dem ersten (S1) auf einen zweiten Wert (S2) umstellbar ist, wobei der erste Wert (S1) oberhalb des höchsten, aufgrund eines Echosignals (E) meßbaren Wertes und der zweite Wert (S2) in einem Bereich der Werte liegt, die aufgrund der Echosignale (E) meßbar sind, daß in einer Zeiterfassungsstufe eine Meßzeitspanne von Beginn (T1) der Aktivierung des Wandlers (15) bis zum Umschalten des Komparators (35), wenn das aufgrund des Ausschwingens des Wandlers (15) abklingende Meßsignal den ersten Schwellwert (S1) unterschreitet, erfaßt wird und daß in einer Rechnerstufe aus dieser Meßzeitspanne (MZ) ein späterer Umschaltzeitpunkt (T4) errechnet wird, an dem die Schaltstufe (40) den Schwellwert für den Komparator (35) auf den zweiten, niedrigeren Wert (S2) umstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Schwellwert (S2) zeitabhängig nach einer vorgegebenen Funktion verringert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion dem Kehrwert der Zeit (t) proportional ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein definierter Anfangswert (UA) für den sich nach einer zeitabhängigen Funktion verringernden Schwellwert (S2) mit dem Ende der Aktivierungszeit (T2) des Wandlers (15) gesetzt wird.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aktivierungszeit (T1 bis T2) des Wandlers (15) ein Kondensator (94) aufgeladen wird und daß aus der Kondensatorspannung bei dessen Entladung der zweite Schwellwert (S2) abgeleitet wird.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des dem Komparator (35) vorgeschalteten Verstärkers (50) umschaltbar ist und bei Beginn der Aktivierung des Wandlers (15) auf einen niedrigen Wert eingestellt ist und zeitgleich mit der Umschaltung des Schwellwertes für den Komparator (35) auf einen höheren Wert umgestellt wird.

7. Einrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem elektroakustischen Wandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen, einem Generator zur Aktivierung des Wandlers und einer Signalempfangsstufe für die vom Wandler erfaßten Echosignale, zu der ein Verstärker mit einem nachgeschalteten Komparator gehört, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit Beginn der Aktivierung des Wandlers auf einen ersten Wert eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor durch eine Schaltstufe von dem ersten auf einen zweiten, höheren Wert umstellbar ist, daß in einer Zeiterfassungsstufe eine Meßzeitspanne von Beginn der Aktivierung des Wandlers bis zum Umschalten des Komparators, wenn das aufgrund des Ausschwingens des Wandlers abklingende Meßsignal den Schwellwert unterschreitet, erfaßt wird und daß in einer Rechnerstufe aus dieser Meßzeitspanne ein späterer Umschaltzeitpunkt errechnet wird, an dem die Schaltstufe den Verstärkungsfaktor auf den zweiten, höheren Wert umstellt.