DE4032713A1

DE4032713A1 - Ultraschallsensor zur hinderniserfassung

Info

Publication number: DE4032713A1
Application number: DE4032713A
Authority: DE
Inventors: Shunichi Wada; Masayuki Yano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2010-10-16
Also published as: US5076384A; DE4032713C2; DE4042575C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung für Kraftfahrzeuge.

Insbesondere bezieht sie sich auf einen Ultraschallsensor für Kraftfahrzeuge, die mit einer einstellbaren Aufhängung ausge rüstet ist, bei der sich die Härte der Abfederung durch die Aufhängung einstellen läßt, wenn ein Hindernis, beispielswei se ein auf der Fahrbahn liegender Gegenstand oder ein Schlag loch in der Fahrbahn, erfaßt wird, um die Stoßwirkung, die das Hindernis für die Fahrzeuginsassen hervorruft, abzumil dern.

Es wurden bereits verschiedene Bauformen von Ultraschallsen soren zur Hinderniserfassung für Kraftfahrzeuge vorgeschla gen. Beispielsweise wird in der japanischen Auslegeschrift 1-30 436 (1989) ein Sensor zur Erfassung von Hindernissen um die Karosserie eines Fahrzeugs herum beschrieben. Dabei wer den Ultraschallwellen in den die Fahrzeugkarosserie umgeben den Raum abgegeben und je nachdem, ob Wellen zum Fahrzeug zu rück reflektiert werden oder nicht, wird ermittelt, ob ein Hindernis vorhanden ist. Um zu verhindern, daß Wellen, die von einer normalen Fahrbahnoberfläche, auf der sich das Fahr zeug fortbewegt, reflektierten Wellen unrichtigerweise als Wellen erfaßt werden, die von Hindernissen reflektiert wer den, muß entweder das Richtvermögen des Ultraschallempfän gers, der die reflektierten Wellen empfängt, erhöht werden, oder die Ultraschallwellen müssen im wesentlichen in horizon taler Richtung ausgesendet werden, damit von der Fahrbahn oberfläche keine Ultraschallwellen reflektiert werden. Insge samt ist jedoch der Empfang der reflektierten Wellen durch den Sensor nicht gut und somit läßt sich eine präzise Hinder niserkennung nicht durchführen.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-1 31 813 ist ein Ultraschallsensor bekannt, der den Zustand der Fahrbahnober fläche vor einem Fahrzeug in Bewegung erfaßt. Bei dieser Pa tentanmeldung ist auf einem Fahrzeug ein Ultraschallsender so angeordnet, daß er Ultraschallwellen kontinuierlich in diago naler Richtung nach vorn zur Fahrbahnoberfläche aussendet. Bei dieser bekannten Vorrichtung haben sich jedoch die fol genden Probleme gezeigt.

1) Da der Ultraschallsender kontinuierlich Wellen aussendet, kann die vom Sender erzeugte Wärmemenge sehr groß werden. Um eine Überhitzung zu verhindern, muß die Energie der Ultra schallwellen auf einen niedrigen Wert gedrückt werden, aller dings mit dem Ergebnis, daß die von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Wellen nur schwache Signale sind und sich nur mit Schwierigkeiten erfassen lassen.
2) Infolge der kontinuierlichen Aussendung von Wellen durch den Ultraschallsender kommt es zur Interferenz zwischen den gesendeten und den reflektierten Wellen, was die Erfassung der reflektierten Wellen erschwert. Auch gibt es das Problem mit stehenden Wellen. Damit läßt sich eine präzise Hindernis erfassung nicht vornehmen.
3) Die von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Wellen lassen sich nicht von anderen reflektierten Wellen unterscheiden.
4) Schwankungen in der Signalstärke der reflektierten Wellen, die durch Wind oder Temperaturschwankungen hervorgerufen wer den, lassen sich nicht von Schwankungen infolge von Unregel mäßigkeiten auf der Fahrbahnoberfläche unterscheiden.

Damit gibt es zur Zeit keine Möglichkeit zur präzisen Erfas sung von Hindernissen wie Schlaglöcher, Steine und derglei chen auf oder in der Oberfläche einer Straße, auf der ein Fahrzeug fährt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Ultra schallsensor zur Hinderniserfassung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit dem sich Hindernisse auf der Oberfläche einer Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt, exakt erfas sen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ultraschallsen sor der eingangs genannten Art gelöst, der die folgenden Merkmale aufweist

- einen Ultraschallsender zur Erzeugung von Wellen im Ultra schallbereich;
- einen Ultraschallempfänger zum Empfangen von Ultraschall wellen und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals;
- einen Verstärker zum Verstärken des vom Ultraschallempfän ger abgegebenen Signals mit einem Verstärkungsfaktor und zum Erzeugen eines verstärkten Signals;
- eine Integrationseinrichtung zum Erzeugen eines Mittelwert signals, das den Mittelwert des verstärkten Signals reprä sentiert;
- einen Bezugssignalgeber zum Erzeugen eines Bezugssignals;
- einen Vergleicher zum Vergleichen des Bezugssignals mit dem verstärkten Signal und zum Erzeugen eines Hinderniserfas sungssignals, das angibt, wann das verstärkte Signal das Bezugssignal übersteigt; und
- eine Regeleinrichtung, die mindestens die Größe des Bezugs signals oder den Verstärkungsfaktor des Verstärkers ent sprechend den Schwankungen des Mittelwertsignals verändert.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Größe des Bezugssignals oder des Verstärkungsfaktors des Ver stärkers so geregelt, daß das Verhältnis des Mittelwerts des verstärkten Signals zum Mittelwert des Bezugssignals konstant ist. Auf diese Weise werden Schwankungen in der Stärke der von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Ultraschallwellen automatisch ausgeglichen, und Signalanteile in den reflek tierten Wellen, die auf Hindernisse in der auf der Fahrbahn oberfläche zurückzuführen sind, lassen sich exakt erfassen.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die Ultraschall wellen vom Ultraschallsender intermittierend erzeugt. Das in termittierende Senden hat gegenüber dem kontinuierlichen Sen den den Vorteil, daß die Wärmeabstrahlung des Ultraschallsen ders kleiner als bei kontinuierlichem Sendebetrieb ist, so daß die Gefahr der Überhitzung des Senders geringer ist. Er findungsgemäß ist jedoch auch die Möglichkeit vorgesehen, kontinuierlich Ultraschallwellen abzustrahlen.

Nachstehend wird nun die Erfindung anhand einiger Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors zur Hinder niserfassung;

Fig. 2 ein Schaltschema des Zeitgebers und des Bezugsignal gebers aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltschema des Ultraschall-Signalgebers aus Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltschema der Verstärkungsschaltung, der Inte grationsschaltung, des Werteinstellers und der Ver stärkungsfaktorsteuerung aus Fig. 1;

Fig. 5 ein Wellenformschema zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbei spiels der Erfindung;

Fig. 7 ein Schaltschema der Verstärkungsschaltung, der Ab kappschaltung, der Integrationsschaltung, des Wert einstellers und der Verstärkungsfaktorsteuerung aus Fig. 6;

Fig. 8 ein Wellenformschema zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels aus Fig. 6;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbei spiels der Erfindung;

Fig. 10 ein Schaltschema der Verstärkungsschaltung und der Integrationsschaltung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 9;

Fig. 11 ein Schaltschema des Zeitgebers und des Bezugssignal gebers aus Fig. 9;

Fig. 12 ein Wellenformschema zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels aus Fig. 9;

Fig. 13 ein Schaltschema des Bezugssignalgebers und des Ver gleichers bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 14 eine graphische Darstellung des Pegels des empfange nen Signals in Abhängigkeit von der Zeit für unter schiedlich große Hindernisse;

Fig. 15 eine graphische Darstellung des Bezugssignals in Ab hängigkeit von der Zeit, bezogen auf das Ausführungs beispiel aus Fig. 13.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung. Gemäß dieser Figur erzeugt ein Zeitge ber 1 Steuersignale P₁-p₃ in vorgegebenen Zeitabständen. Das Steuersignal P₁ wird einem Ultraschall-Signalgeber 2 zu geführt, der im Ansprechen darauf intermittierend Ultra schallsignale V₁ in vorgegebenem zeitlichen Abstand, mit vor gegebener Spannung und Frequenz erzeugt. Die Ultraschallsi gnale V₁ treiben einen Ultraschallsender 3, der intermittie rend Ultraschallwellen aussendet. Die Einhüllende der vom Ul traschallsender 3 ausgesendeten Wellen bildet im wesentlichen einen Kegel. W_b bezeichnet dabei den kürzesten Weg, den die Wellen im Kegel zwischen dem Sender 3 und der Fahrbahnober fläche 4 zurücklegen, während mit W_o die längste Strecke an gegeben ist, die die Wellen im Kegel zurücklegen, und W_a dem mittleren Wegabstand entspricht, den die Wellen im Kegel zu rücklegen. Der Sender 3 ist auf einem geeigneten Fahrzeug teil, beispielsweise einer Stoßstange, vorne auf einem (hier nicht dargestellten) Kraftfahrzeug eingebaut und so ausge richtet, daß die Ultraschallwellen diagonal in Vorwärtsrich tung zur Fahrbahnoberfläche 4 hin gerichtet werden, auf der das Fahrzeug fährt. Treffen die ausgesendeten Ultraschallwel len auf die Fahrbahnoberfläche 4 oder ein Hindernis 5 auf der Fahrbahnoberfläche 4 auf, werden sie zum Fahrzeug zurück re flektiert und von einem Ultraschallempfänger 6 empfangen, der neben dem Sender 3 auf dem Fahrzeug installiert ist. W_b be zeichnet dabei den kürzesten Weg, den die reflektierten Wel len zwischen der Fahrbahnoberfläche 4 und dem Empfänger 6 zu rücklegen, W_o entspricht der längsten Wegstrecke, und W_a be zeichnet die mittlere Weglänge, die die reflektierten Wellen zurücklegen. Der Sender 3 und der Empfänger 6 können jeweils in Form eines Ultraschallmikrofons ausgebildet sein.

Der Ultraschallempfänger 6 erzeugt ein Empfangssignal V₂, das den reflektierten Wellen entspricht, und dieses Signal V₂ wird einer Verstärkerschaltung 7 zugeführt, in der das Signal verarbeitet und verstärkt wird. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 7 läßt sich mit Hilfe einer mit der Ver stärkerschaltung 7 verbundenen Verstärkungsfaktorsteuerung 10 einstellen. Ein verstärktes und verarbeitetes Signal V₃ am Ausgang der Verstärkerschaltung 7 wird einer Integrations schaltung 8 zugeführt. Im Ansprechen auf ein Steuersignal P₂ vom Zeitgeber 1 erzeugt die Integrationsschaltung 8 ein Mit telwertsignal V₃₁, das den Mittelwert des Signals V₃ reprä sentiert.

Das Mittelwertsignal V₃₁ wird der Verstärkungsfaktorsteuerung 10 zugeführt. Ein Sollbezugssignal V_3R aus einem Bezugswert einsteller 9 wird ebenfalls der Verstärkungsfaktorsteuerung 10 zugeführt. Die Verstärkungsfaktorsteuerung 10 vergleicht das Mittelwertsignal V₃₁ mit dem Bezugssignal V_3R und stellt den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 7 so nach, daß das Mittelwertsignal V₃₁ mit dem Solbezugssignal V_3R abge glichen ist. Die Integrationsschaltung 8 bildet zusammen mit der Verstärkungsfaktorsteuerung 10 einen Regelkreis für die Verstärkerschaltung 7, so daß der Signalpegel des verstärkten Signals V₃ stabil ist.

Das verstärkte Signal V₃ wird außerdem einem Vergleicher 12 zugeführt, der beispielsweise einen Operationsverstärker auf weisen kann. Ein Bezugssignal V₄, das ein Bezugssignalgeber 11 im Ansprechen auf das Steuersignal P₃ des Zeitgebers 1 er zeugt, wird dem Vergleicher 12 ebenfalls zugeführt. Der Ver gleicher 12 nimmt den Vergleich der beiden Signale V₃ und V₄ vor und erzeugt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses ein Hinderniserfassungssignal V₅. Bei diesem Ausführungsbei spiel liegt das Hinderniserfassungssignal V₅ auf hohem Signal pegel, um anzuzeigen, daß ein Hindernis vorhanden ist, wenn das verstärkte Signal V₃ das Bezugssignal V₄ überschreitet.

Das Hinderniserfassungssignal V₅ kann in einer (hier nicht dargestellten) Aufhängungssteuerung verwendet werden, mit der die Steifigkeit der Fahrzeugaufhängung verändert wird, wenn das Signal V₅ anzeigt, daß ein Hindernis 5 vorhanden ist. Durch Nachstellen der Steifigkeit der Aufhängung kann die Aufhängungssteuerung dann den Stoß vermindern, der auf die Fahrzeuginsassen wirkt, wenn das Fahrzeug das Hindernis über fährt.

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema eines Beispiels für den Zeitge ber 1 und den Bezugssignalgeber 11. Der Zeitgeber 1 umfaßt einen programmierbaren Taktgeber, der in einem Mikrorechner 20, z. B. vom Typ HD63BO1Y von Hitachi, untergebracht ist. Es kann jedoch auch anstelle eines Mikrorechners 20 eine han delsübliche integrierte Taktgeberschaltung verwendet werden. Der Mikrorechner 20 ist mit einem Schwingquarz 21 und einer Anlaßschaltung 22 verbunden.

Zur Anlaßschaltung 22 gehören ein sich automatisch rückstel lender und normalerweise geöffneter Anlaßschalter 23, der in der Nähe des Fahrersitzes des Fahrzeugs angeordnet ist, sowie eine Wellenformschaltung 24, die mit dem Schalter 23 verbun den ist. Ist der Anlaßschalter 23 kurzzeitig geschlossen, er zeugt er ein Signal auf niedrigem Pegel. Die Wellenformschal tung 24 invertiert das schwache Signal und gibt das umgekehr te Signal als Startsignal an den Mikrorechner 20 aus.

Der Mikrorechner 20 wird mit einer (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung betrieben. Entsprechend den Schwingun gen des Schwingquarzes 21 erzeugt der Mikrorechner 20 eine Reihe von Taktsignalen. Im Ansprechen auf jedes Taktsignal wird ein zuvor gespeichertes Programm ausgeführt, worauf der Mikrorechner 20 impulsförmige Steuersignale P₁ ausgibt.

Das Steuersignal P₁ wird einem ersten monostabilen Kippgene rator 1a als Taktsignal zugeführt. Der erste monostabile Kippgenerator 1a erzeugt ein Ausgangssignal P, das einem zweiten monostabilen Kippgenerator 1b und einem dritten mono stabilen Kippgenerator 1c als Taktsignal zugeführt wird. Die monostabilen Kippgeneratoren 1b und 1c geben jeweils ein zweites Steuersignal P₂ bzw. ein drittes Steuersignal P₃ aus. Die Impulsdauer jedes Signals P, P₂ und P_{3 4} läßt sich durch entsprechende Auswahl der Werte des jedem monostabilen Kipp generator 1a bis 1c zugeordneten Kondensators und Widerstands vorgeben.

Der Bezugssignalgeber 11 weist einen Ladekreis 11a und einen Entladekreis 11b auf, der zwischen den dritten monostabilen Kippgenerator 1c und einen geerdeten Kondensator 11c paral lelgeschaltet ist. Jeder Kreis 11a und 11b weist einen Wider stand und eine Diode in Reihenschaltung auf, wobei die Pola risierung der Diode im Entladekreis 11b ist. Der Ladekreis 11a bildet zusammen mit dem Kondensator 11c eine erste Schal tung zur Bezugssignalerzeugung, die eine stetig ansteigende Bezugswellenform erzeugt, die einsetzt, wenn das Steuersignal P₃ von niedrigem auf hohen Signalpegel umschaltet. Der Entla dekreis 11b bildet zusammen mit dem Kondensator 11c eine zweite Schaltung zur Bezugssignalerzeugung, die eine stetig abfallende Bezugswellenform erzeugt, die dann einsetzt, wenn das Steuersignal P₃ von hohem Pegel auf niedrigen Pegel um schaltet. Die am Kondensator 11c liegende Spannung wird als Bezugssignal V4 dem Vergleicher zugeführt.

Fig. 3 ist ein Schaltschema für ein Beispiel für den Ultra schall-Signalgeber 2. Es umfaßt einen Ultraschallgenerator 31, der Impulse P₀ mit einer vorgegebenen Ultraschallfrequenz erzeugt. Die Impulse werden einem Eingang einer NAND-Logik schaltung 32 zugeführt, während an den anderen Eingang das Steuersignal P₁ aus dem Zeitgeber 1 angelegt wird. Das Aus gangssignal der NAND-Logik 2 wird von einem Wechselrichter 33 invertiert und von einem Verstärker 34 zu einem Ultraschall signal V₁ verstärkt. Ein Aufwärtstransformator 35 erhöht die Spannung des Signals V₁ und das so verstärkte Signal wird dem Ultraschallsender 3 zugeführt. Bei dieser Anordnung sendet der Sender 3 intermittierend und nicht kontinuierlich Ultra schallwellen aus (nur dann, wenn das Steuersignal P₁ auf ho hem Pegel liegt), so daß die vom Ultraschallsender 3 erzeugte Wärmemenge ganz reduziert werden kann, ohne daß man gezwungen ist, die Energie der gesendeten Ultraschallwellen auf einen niedrigen Wert zu begrenzen.

Fig. 4 ist das Schaltschema für ein Beispiel der Verstärker schaltung 7, der Integrationsschaltung 8, des Werteinstellers 9 und der Verstärkungsfaktorsteuerung 10.

Die Verstärkerschaltung 7 umfaßt eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Verstärkerstufen 7a-73. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel sind fünf Verstärkerstufen vorgesehen, doch ist die Anzahl der Stufen nicht entscheidend. Der Verstärkungs faktor des Verstärkers der fünften Stufe 7e läßt sich verän dern. Zwischen dem Verstärker der vierten Stufe 7d und dem Verstärker der fünften Stufe 7e ist ein Scheitelwertdetektor 7f geschaltet, der eine Demodulierung der AM-Wellen vornimmt.

Das Ausgangssignal V₃ des Verstärkers der fünften Stufe 7e wird der Integrationsschaltung 8 zugeführt. Die Integrations schaltung 8 weist einen Analogschalter 8a zur Abtastung des verstärkten Signal V₃ im Ansprechen auf das Steuersignal P₂ sowie einen Integrier- und Haltestromkreis mit einem Wider stand 8b und einem Kondensator 8c auf, der zur Mittelwertbil dung beim Ausgangssignal des Analogschalters 8a und zur Er zeugung eines Mittelwertsignals V₃₁ dient.

Bei dem Werteeinsteller 9 kann es sich um jede geeignete Vor richtung zur Erzeugung eines Signals mit vorgegebener Span nung handeln, beispielsweise um einen Spannungsteiler beste hend aus zwei zwischen einer Spannungsquelle V_B und Masse in Reihe geschalteten Widerständen 9a und 9b. Die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 9 und 9b dient als Bezugssignal V_{3 R}.

Die Verstärkungsfaktorsteuerung 10 weist einen Operationsver stärker 10a auf, der das Mittelwertsignal V₃₁ aus der Inte grationsschaltung 8 mit dem Bezugssignal V_{3 R} aus dem Wertein stellkreis 9 vergleicht. Hier ist ein Kondensator 10b zwi schen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Opera tionsverstärkers 10a geschaltet. Der Ausgang des Operations verstärkers 10a ist mit der Steuerelektrode eines Feldeffekt transistors 10c verbunden. Die beiden anderen Anschlüsse des Feldeffekttransistors 10c sind jeweils an den invertierenden Eingang des Verstärkers 7e der fünften Stufe in der Verstär kerschaltung 7 bzw. an Masse gelegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 10a steuert den durch den Feldeffekt transistor 10c fließenden Strom und damit auch den Verstär kungsfaktor des Verstärkers der fünften Stufe 7e.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Wellenform der Ausgangssignale der verschiedenen Teile des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1. Wie die Linie 5(a) veranschaulicht, erzeugt der Zeitgeber in periodischen Zeitabständen Steuersignale P₁. Während der Zeit, in der das Steuersignal P₁ auf hohem Ausgangspegel liegt, erzeugt, wie die Linie 5(b) zeigt, der Ultraschall-Si gnalgeber 2 ein Ultraschallsignal V₁ als Treiberimpuls für den Ultraschallsender 3, der in periodischen Abständen Ultra schallwellen diagonal in Vorwärtsrichtung zur Fahrbahnober fläche 4 hin aussendet.

Die gesendeten Wellen werden von der Fahrbahnoberfläche 4 re flektiert und kommen als Reflexionswellen beim Ultraschall empfänger 6 an, der seinerseits ein Empfangssignal V₂ er zeugt, das für die Stärke der ankommenden Reflexionswellen repräsentativ ist.

Die Linie 5(c) zeigt das Empfangssignal V₂ in dem Fall, daß auf der Fahrbahnoberfläche 4 kein Hindernis 5 vorhanden ist. Der Zeitpunkt t₀ entspricht dabei einer Anstiegsflanke des Steuersignals P₁ und dem Beginn der Aussendung von Ultra schallwellen. Vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ ist in folge der beim Empfänger 6 ankommenden ausgesendeten Wellen und der aus der Umgebung unerwünschterweise reflektierten Wellen das Empfangssignal V₂ verrauscht.

Nach Ablauf der Zeit t_b beginnen die von der Fahrbahnoberflä che 4 reflektierten Wellen beim Empfänger 6 anzukommen. So fern der Ultraschallsender 3 und der Ultraschallempfänger 6 direkt nebeneinander angeordnet sind und nahezu das gleiche Richtvermögen besitzen, entspricht der Zeitraum t_b der Zeit, die die Ultraschallwellen für den Hin- und Rückweg entlang der Strecke (W_b, W_b′) benötigen, die dem kürzesten Abstand zwischen dem Sender 3 und dem Empfänger 6 mit Umweg über die Fahrbahnoberfläche 4 entspricht. In gleicher Weise entspricht die Zeit t_a dem Zeitraum für Hin- und Rückweg der Wellen ent lang der Strecke (W_a, W_a′) mittlerer Länge, und die Zeit t_c der Zeit für Hin- und Rückweg der Wellen entlang der längsten Strecke (W_c, W_c′). Setzt man die Weglängen W_a, W_b und W_c je weils gleich l_a, l_b und l_c, und für c die Schallgeschwindig keit, so berechnen sich die Zeiten t_a-t_c wie folgt:

t_a = 2 l_a/c
t_b = 2 l_b/c
t_c = 2 l_c/c.

Wegen des Richtvermögens des Senders 3 und des Empfängers 6 empfängt der Empfänger 6 die Wellen am stärksten, die entlang der Strecke (W_a, W_a′) verlaufen. Aus diesem Grund besitzt das Empfangssignal V₂ eine in etwa dreieckige Wellenform, die zum Zeitpunktk t_b beginnt, zum Zeitpunkt t_a ein Maximum erreicht, und zum Zeitpunkt t_c wieder auf Null absinkt. Die Stärke des Empfangssignals V₂ hängt vom Richtvermögen des Senders 3 und des Empfängers 6 ab (das durch deren Charakteristik und deren Geometrie bestimmt wird), sowie von der Rauhigkeit der Fahr bahnoberfläche 4 und dem Richtvermögen der reflektierten Wel len.

Gibt es keine Veränderung in der Höhe des Empfängers 6 und des Senders 3 über der Fahrbahnoberfläche 4 und in der Ge schwindigkeit des Fahrzeugs, so bleiben bei jeder Erzeugung des Empfangssignals V₂ die Größen von t₁ sowie t_a-t_c kon stant.

Die Linie 5(d) in Fig. 5 veranschaulicht das Empfangssignal V2′ bei einem stehenden Hindernis 5 auf der Fahrbahnoberflä che 4. In diesem Fall enthält das Empfangssignal V_2′ infolge des Hindernisses eine Signalkomponente, die dem Empfangssi gnal V₂, das nur auf die Fahrbahnoberfläche 4 allein zurück zuführen ist, überlagert ist. In der Linie 5(d) bezeichnet t₂ die Zeit, die die Wellen für den Hin- und Rückweg vom Sender 3 zum Hindernis 5 und zurück zum Sender 6 benötigen. Da das Fahrzeug in Bewegung ist, ist der Wert t₂ nicht konstant. Die Wellen, die entlang der Wegstrecke W_c laufen, treffen als er ste auf das Hindernis 5, und damit ist der Zeitraum t₂ zu An fang gleich tc. Während das Fahrzeug näher an das Hindernis 5 heranfährt, ist der Weg, den die auf das Hindernis 5 auftref fenden Wellen nehmen, immer kürzer. Auf das Hindernis 5 tref fen nämlich zu Anfang die Wellen, die den Weg W_c nehmen, dann die Wellen auf dem Weg W_a und schließlich die Wellen auf dem Weg W_b. Beim Heranfahren des Fahrzeugs an das Hindernis ver ändert sich dementsprechend der Wert der Zeit t₂ von anfäng lich t_c auf t_a und wird schließlich t_b, woraufhin eine Erfas sung des Hindernisses unmöglich wird und das Fahrzeug das Hindernis 5 überfährt. Zu jedem Zeitpunkt ist die Stärke der vom Hindernis 5 reflektierten Wellen in etwa gleich der Stär ke der von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Wellen, mul tipliziert mit einem vorgegebenen Faktor. Damit nimmt der Scheitelwert für den Weg eine Dreieckwellenform an, ähnlich der Form des Empfangssignals V₂, das bei Reflexion der Wellen durch die Fahrbahnoberfläche 4 allein eingeht (vgl. die ge strichelte Linie in der Graphik 5(d)).

Das Empfangssignal V′ wird in der Verstärkerschaltung 7 ver stärkt und demoduliert und wird zu dem verstärkten Signal V₃, das mit der Linie 5(e) eingezeichnet ist. Nach Amplituden demodulation erhält man ein Signal nur für den Zeitraum t_b bis t_c, sofern das zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ auftre tende Rauschen ausgeblendet wird.

Befindet sich auf der Fahrbahnoberfläche 4 ein Hindernis 5, wird das verstärkte Signal V₂ zur Überlagerung einer Wellen komponente V_{3 a}, die nur durch die Fahrbahnoberfläche 4 zu rückzuführen ist, und einer Wellenkomponente V_{3 b}, die ihre Ursache im Hindernis hat. Damit läßt sich V₃ folgendermaßen ausdrücken

V₃ ∼ V_{3 a} + V_{3 b}.

Die Größe des Empfangssignals V₂ hängt von der Oberflächenbe schaffenheit der Fahrbahn 4 ab, die durch die Art des Belags materials bestimmt wird, das für die Fahrbahnoberfläche 4 verwendet wurde. Handelt es sich bei der Fahrbahnoberfläche 4 um Asphalt oder ein anderes Material mit großer Rauhigkeit, ist der Pegel des Empfangssignals V₂ recht hoch, doch wurde für die Fahrbahnoberfläche 4 ein glattes Material, beispiels weise Beton, verwendet, so liegt der Pegel des Empfangssi gnals viel niedriger; ein Beispiel hierfür zeigt die Linie 5(f) für das Empfangssignal V_2′′.

Ist der Pegel des Empfangssignals niedrig, wie beispielsweise im Fall des Signals V_2′′, so wird deshalb auch die auf ein Hindernis 5 zurückzuführende Empfangssignalkomponente klein, und damit läßt sich bei Vergleich des verstärkten Signal V₃ mit einem konstanten Bezugswert die auf das Hindernis 5 zu rückzuführende Komponente V_{3 b} des verstärkten Signals V₃ nicht erfassen.

Zur Lösung dieses Problems wird bei diesem Ausführungsbei spiel eine Regelung des Verstärkungsfaktors der Verstärker schaltung 7 vorgenommen, damit der Wert des verstärkten Si gnals V₃ immer groß genug ist, um die auf das Hindernis 5 zu rückzuführenden Komponenten erfassen zu können.

In dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Steuersignalen P₁ berechnet der Zeitgeber 1 die Längen für t_a, t_b und t_c. Der Zeitgeber 1 setzt die Impulsbreite des Impulssignals P auf t_b, die Impulsbreite des Steuersignals P₂ auf t_c-t_b, und die Impulsbreite des Steuersignals P₃ auf t_a-t_b.

Solange der Pegel des Steuersignals P₂ hoch ist, bleibt der Analogschalter 8a der Integrationsschaltung 8 geschlossen, so daß die Integrationsschaltung 8 den Mittelwert des verstärk ten Signals V₃ berechnet und ein Mittelwertsignal V₃₁ berech net, das durch die Linie 5(j) dargestellt ist.

Der Operationsverstärker 10a in der Verstärkungsfaktorsteue rung 10 vergleicht das Mittelwertsignal V₃₁ mit dem Bezugssi gnal V_{3 R} aus dem Bezugswerteinsteller 9 und regelt die Steu erspannung des Feldeffekttransistors 10c in einer Weise, daß der Mittelwert V₃₁ mit dem Bezugswert V_{3 R} übereinstimmt, unabhängig vom Pegel des Empfangssignals V₂. Damit wird auch dann, wenn das Empfangssignal sehr schwach ist, wie bei spielsweise das Signal V_2′′, der Verstärkungsfaktor der Ver stärkerschaltung 7 automatisch nachgeführt, so daß der Mit telwert V₃₁ auf konstantem Wert bleibt, während dem Verglei cher 12 ein stabiles verstärktes Signal V₃ zugeführt wird.

Das Bezugssignal V₄ aus dem Bezugssignalgeber 11 besteht aus einem ersten Bezugssignal V_{4 a} und einem zweiten Bezugssignal V_{4 b}. Das erste Bezugssignal V_{4 a} steigt vom Zeitpunkt t_b bis zum Zeitpunkt t_a monoton an, während das Steuersignal P₃ ei nen hohen Pegelwert hat. Das zweite Bezugssignal V_{4 b} beginnt zum Zeitpunkt t_a (zu dem der Pegel des Steuersignals P ab sinkt) stetig abzusinken und erreicht zum Zeitpunkt t_c einen Mindestwert. Damit weist, wie die Linie 5(k) ausweist, das aus dem ersten und zweiten Bezugssignal V_{4 a} und V_{4 b} bestehen de Bezugssignal V₄ eine Dreieckwellenform ähnlich der des verstärkten Signals V₃ auf. Die Werte der elektrischen Bau teile des Bezugssignalgebers werden von vorn herein auf Werte eingestellt, bei denen sich das gewünschte Bezugssignal V₄ in optimaler Weise ergibt.

Der Vergleicher 12 vergleicht das Bezugssignal V₄ mit dem verstärkten Signal V₃ und erzeugt, wie Linie 5(l) veranschau licht, ein Hinderniserfassungssignal V₅, das immer auf hohem Pegelwert liegt, sobald das verstärkte Signal V₃ das Bezugs signal V₄ übersteigt. In Abhängigkeit vom Pegelwert des Hin derniserfassungssignals V₅ stellt die (hier nicht dargestell te) Aufhängungssteuerung die Härte bzw. Steifigkeit der Fahr zeugaufhängung entsprechend ein.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel eine Regelung des Verstär kungsfaktors der Verstärkerschaltung 7 vorgenommen wird, bleibt das Mittelwertsignal V₃₁ auf konstantem Wert, auch wenn sich die Stärke der von der Fahrbahnoberfläche 4 reflek tierten Wellen infolge sich ändernder Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs oder veränderter Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn 4 verändert. Dementsprechend bleibt das Verhältnis zwischen dem Mittelwert des verstärkten Signals V₃ und dem Mittelwert des Bezugssignals V₄ stabil. Infolgedessen lassen sich Veränderungen im Empfangssignal V_2′, die auf ein vorhan denes Hindernis zurückzuführen sind, von Veränderungen infol ge anderer Ursachen unterscheiden, so daß sich das Hindernis präzise als solches erfassen läßt.

Da die Größe des Bezugssignals V₄ schwankt und da das Bezugs signal insbesondere eine Dreieckwellenform aufweist, ist der Vergleicher 12 in der Lage, die auf Hindernisse 5 zurückzu führenden Komponenten im verstärkten Signal V₃ genauer zu er fassen als dies bei gleichbleibendem Wert des Bezugssignals V₄ der Fall wäre.

Bei dem bisher beschriebenen Fall wurde der Verstärkungsfak tor erhöht, wenn der Pegel des vom Empfänger 6 gelieferten Empfangssignals V₂ absank. Umgekehrt nimmt dabei der Verstär kungsfaktor ab, wenn das Empfangssignal V₂ ansteigt. auf die se Weise führt jede Pegelveränderung im Empfangssignal V₂ zu einer Veränderung des Verstärkungsfaktors, so daß das Mittel wertsignal V₃₁ konstant bleibt.

Gemäß Fig. 2 weist der Zeitgeber 1 einen Mikrorechner 20 und getrennte monostabile Kippgeneratoren 1a bis 1c auf. Es ist jedoch auch möglich, alle Steuersignale P₁-P₃ mit Hilfe ei nes einzigen Mikrorechners zu erzeugen oder auch eigene inte grierte Taktschaltungen für jedes Signal separat einzusetzen. Außerdem ist dort der Bezugssignalgeber 11 als Analogbaustein dargestellt, der eine Dreieckwelle erzeugt, deren Steilheit durch eine RC-Konstante bestimmt wird. Es kann jedoch genauso gut auch eine digitale Schaltung oder ein Mikrorechner bei diesem Bezugssignalgeber eingesetzt werden, und ebenso ist es möglich, das Bezugssignal V₄ in einer Form zu erzeugen, die sich schrittweise ändert.

Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 wird das verstärkte Signal V₃ direkt dem Vergleicher 12 zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, zwischen der Verstärkerschaltung 7 und dem Ver gleicher 12 eine Differenzierschaltung vorzusehen, um eine Differenzierung des verstärkten Signals V₃ vorzunehmen. In diesem Fall läßt sich ein Hindernis 5 durch Vergleich des verstärkten Signals V₃ mit dem Bezugssignal V₄ erfassen.

Wie die Linie 5(d) zeigt, weist das verstärkte Signal V₃, dessen Mittelwert in der Integrationsschaltung 8 ermittelt wird, eine auf Hindernisse 5 zurückzuführende Signalkomponen te V_{5 b} auf, die einer auf die Fahrbahnoberfläche selbst zu rückzuführenden Signalkomponente 5 _a überlagert ist. Im Ideal fall stellt das Mittelwertsignal V₃₁ nur den Mittelwert der Komponente V_{3 a} dar und repräsentiert die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 4, wenn kein Hindernis vorhanden ist. Tau chen nur gelegentlich Hindernisse 5 auf, so wirken sich die durch diese Hindernisse hervorgerufenen Signalkomponenten V_{3 b} nicht besonders stark auf das Mittelwertsignal V₃₁ auf, so daß eine Annäherung an den Idealzustand vorliegt. Liegen je doch häufig Hindernisse 5 vor, so nehmen die durch die Hin dernisse bewirkten Signalkomponenten V_{3 b} einen starken Ein fluß auf das Mittelwertsignal V₃₁. Das Mittelwertsignal V₃₁ steigt dann nämlich im Vergleich zu seltenen Hindernissen 5 leichter an, obwohl sich die Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn 4 nicht verändert. Um einem solchen Anstieg des Mit telwertsignals V₃₁ vorzubeugen, drückt die Verstärkungsfak torsteuerung 10 den Verstärkungsfaktor. Das Absinken des Ver stärkungsfaktors verringert den Pegelwert der Scheitelwerte im verstärkten Signal V₃. Dementsprechend kann der Verglei cher 12 nicht alle auf Hindernisse zurückzuführenden Signal komponenten V_{3 b} im verstärkten Signal V₃ erkennen, wodurch die Präzision, mit der Hindernisse erfaßt werden, beeinträch tigt wird.

Eine Lösung für dieses Problem bietet ein zweites Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Form eines Blockschaltbilds schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Die ses Ausführungsbeispiel ist in seinem Aufbau dem zuvor be schriebenen Beispiel ähnlich, doch weist es zusätzlich noch eine Abkappschaltung 13 auf, die zwischen die Verstärker schaltung 7 und die Integrationsschaltung 8 geschaltet ist. Die Abkappschaltung 13 übernimmt aus der Verstärkerschaltung 7 das verstärkte Signal V₃ und kappt das verstärkte Signal V₃ in einer Weise, daß ein gekapptes Signal V₃₂ entsteht, das dann erst der Integrationsschaltung 8 zugeführt wird. Die In tegrationsschaltung 8 erzeugt dann ein Mittelwertsignal V₃₁, das für den Mittelwert der gekappten Signal V₃₂ repräsenta tiv ist.

Das Schaltschema in Fig. 7 veranschaulicht ein Beispiel für den Aufbau der in dieser Form zwischen die Verstärkerschal tung 7 und die Integrationsschaltung 8 geschalteten Abkapp schaltung 13. Dabei ist ein zwischen dem Ausgang des Opera tionsverstärkers 7e der Verstärkerschaltung 7 und dem Analog schalter 8a der Integrationsschaltung 8 in Reihe geschalteter Widerstand 13a vorgesehen. Die Kathode einer Zener-Diode 13b ist mit dem Widerstand 13a verbunden, während die Anode der Zener-Diode 13b an Masse liegt. Die Spannung am Verbindungs punkt zwischen dem Widerstand 13a und der Zener-Diode 13b ist eine gekappte Spannung V₃₂, die dem Analogschalter 8a der In tegrationsschaltung 8 zugeführt wird. Die in Fig. 7 darge stellte Verstärkerschaltung 7, die Integrationsschaltung 8, der Bezugswerteinsteller 9 und die Verstärkungsfaktorsteue rung 10 entsprechen in ihrem Aufbau dem Beispiel aus Fig. 2. Die Zener-Diode 13b wird so gewählt, daß die gekappte Span nung V₃₂ eine Sollkappspannung V_c nicht überschreitet. Die Kappspannung V_c entspricht dabei in etwa dem Scheitelwert der Signalkomponente V_{3 a}, d. h. dem Scheitelwert der Signalkompo nente, die auf die von der Fahrbahnoberfläche 4 reflektierten Wellen zurückzuführen ist.

Fig. 8 zeigt schematisch die Wellenform der Ausgangssignale verschiedenen Elemente des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7. Dieses Ausführungsbeispiel ist in seiner Funktionsweise dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ähnlich, und die Linien 8(a) bis 8(j) in Fig. 8 sind mit den entsprechenden Linien in Fig. 5 identisch. Gemäß der Linie 8(j) allerdings wird das ver stärkte Signal V₃ aus der Verstärkerschaltung 7 der Abkapp schaltung 13 zugeführt und auf eine Kappspannung V_c gekappt, so daß sich eine gekappte Spannung V₃₂ ergibt. Die Integra tionsschaltung 8 erzeugt anschließend ein Mittelwertsignal V₃₁, das dem Mittelwert der gekappten Signal V₃₂ entspricht, während die Verstärkungsfaktorsteuerung 10 den Verstärkungs faktor der Verstärkerschaltung 7 in einer Weise steuert, daß das Mittelwertsignal V₃₁ gleich dem Bezugssignal V_{3 R} ist.

Damit wird die Wirkung, die die auf ein Hindernis 5 zurückzu führende Signalkomponente V_{3 b} auf das Mittelwertsignal V₃₁ hat, unterdrückt, während der Pegel des Mittelwertsignals V₃₁ sehr nahe an den Mittelwert der Komponente V_{3 a} des verstärk ten Signals V₃ herankommt, die auf die von der Fahrbahnober fläche 4 reflektierten Wellen zurückzuführen ist. Damit las sen sich Hindernisse 5 auch dann exakt erfassen, wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahn fährt, auf der viele Hindernisse 5 vorhanden sind.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen erhält man ein stabiles Verhältnis zwischen dem Mittelwertsignal V₃₁ und dem Mittelwert des Bezugssignals V₄ durch Nachführung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung 7. Es ist jedoch statt dessen auch möglich, das Mittelwertsignal V₃₁ schwanken zu lassen und das Bezugssignal V₄ entsprechend den Schwankun gen des Mittelwertsignals V₃₁ nachzuführen. Fig. 9 veran schaulicht im Blockschaltbild ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nach diesem Verfahren funktioniert. In seinem Aufbau ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem Aus führungsbeispiel aus Fig. 1, allerdings werden der Bezugs werteinsteller 9 und die Verstärkungsfaktorsteuerung 10 aus Fig. 1 nicht verwendet. Außerdem wird der Bezugssignalgeber 11 aus Fig. 1, der ein Bezugssignal mit gleichbleibendem Scheitelwert erzeugt, durch einen Bezugssignalgeber 14 er setzt, der ein Bezugssignal V₄ mit einem Mittelwert erzeugt, dessen Größe sich entsprechend dem Pegel des in der Integra tionsschaltung 8 erzeugten Mittelwertsignals V₃₁ ändert. Die ses Bezugssignal V4 vergleicht ein Vergleicher 12 mit einem verstärkten Signal V₃ und erzeugt ein Hinderniserfassungssi gnal V₅.

Fig. 10 ist das Schaltschema für ein Beispiel der Verstärker schaltung 7 und der Integrationsschaltung 8 bei diesem Aus führungsbeispiel. Hierbei ist die Integrationsschaltung 8 identisch mit derjenigen aus Fig. 4, während die Verstärker schaltung 7 gemäß Fig. 10 sich von der Schaltung aus Fig. 4 nur dadurch unterscheidet, daß der Verstärker der fünften Stufe 7e einen konstanten Verstärkungsfaktor statt eines va riablen Faktors besitzt.

Fig. 11 ist ein Schaltschema, das ein Beispiel für den Zeit geber 1 und den Bezugssignalgeber 14 bei dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 9 veranschaulicht. Der Zeitgeber 1 ist iden tisch mit dem Zeitgeber 1 aus Fig. 2. Der Bezugssignalgeber 14 weist einen Ladekreis 14a, einen Entladekreis 14b, und ei nen Kondensator 14c auf, die dem Ladekreis 9a, dem Entlade kreis 9b und dem Kondensator 9c aus Fig. 2 entsprechen. Dabei ist die Anode des Kondensators 9c mit einem der Eingänge ei nes Operationsverstärkers 14d verbunden. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 14d ist mit dem Ausgang des Opera tionsverstärkers 14d über einen Widerstand und mit einem der Anschlüsse eines Feldeffekttransistors 14e verbunden, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14e ist mit der Integrationsschaltung 8 verbunden und übernimmt als Steuersignal das Mittelwertsignal V₃₁. Der Operationsverstärker 14d verstärkt die Spannung am Kondensator 14c um einen Faktor, der durch die Spannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14e bestimmt wird, und gibt die verstärkte Spannung als Bezugssignal V₄ an den Vergleicher 12 ab. Je höher das Mittelwertsignal V₃₁ ist, de sto niedriger ist die Impedanz des Feldeffekttransistors 14e und desto größer ist der Verstärkungsfaktor des Operations verstärkers 14d.

Fig. 12 zeigt die Wellenformen der Ausgangssignale der ver schiedenen Elemente bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 9. Der Zeitgeber 1 erzeugt das Steuersignal P₁ (Linie 12(a)), und abhängig von diesem erzeugt der Ultraschall-Signalgeber 2 das Ultraschallsignal V₁, (Linie 12(b)), das dem Ultraschall sender 3 zugeführt wird. Der Ultraschallsender 3 erzeugt Ul traschallwellen, die von der Fahrbahnoberfläche 4 reflektiert werden. Der Ultraschallempfänger 6 empfängt die reflektierten Wellen und erzeugt das Empfangssignal V₂ (Linie 12(c)), wenn kein Hindernis vorhanden ist, während er das Empfangssignal V_2′ (Linie 12(d)) erzeugt, wenn ein Hindernis 5 vorliegt. Das Empfangssignal V₂ bzw. V_2′ wird durch die Verstärkerschaltung 7 verarbeitet und verstärkt und anschließend als verstärktes Signal V₃ der Integrationsschaltung 8 und dem Vergleicher 12 zugeführt. Die Integrationsschaltung 8 berechnet den Mittel wert des verstärkten Signals V₃ und erzeugt ein Mittelwertsi gnal V₃₁ (Linie 12(j)). Das Mittelwertsignal V₃₁ wird dem Be zugssignalgeber 14 zugeführt, der ein entsprechendes Bezugs signal V₄ erzeugt (Linie 12(k)), das dem Vergleicher 12 für einen Vergleich mit dem verstärkten Signal V₃ zugeführt wird.

Ist der Pegel des Empfangssignals vergleichsweise hoch, bei spielsweise entsprechend den Linien 12(c) und 12(d), so hat auch der Mittelwert V₃₁ einen relativ hohen Wert, den die durchgehende Linie 12(j) darstellt, so daß der Verstärkungs faktor des Operationsverstärkers 14(d) ebenfalls hoch ist; da bei hat auch das vom Bezugssignalgeber 14 erzeugte Bezugssi gnal V₄ einen vergleichsweise hohen Wert, den die durchgehende Linie 12(k) veranschaulicht.

Ist der Pegel des Empfangssignals dagegen niedrig, beispiels weise entsprechend dem Signal V_2′′ bzw. Linie 12(f), so nimmt das Mittelwertsignal V₃₁ ab, wie Linie 12(j) gestrichelt zeigt. Bliebe der Pegel des Bezugssignals V₄ unverändert, so wäre es unmöglich, die auf Hindernisse zurückzuführenden Si gnalkomponenten im Empfangssignal V_2′′ zu erfassen.

Zur Lösung dieses Problems ist bei diesem Ausführungsbeispiel nun vorgesehen, daß sich der Scheitelwert (und damit der Mit telwert) des Bezugssignals V₄ entsprechend dem Mittelwertsi gnal V₃₁ so verändern kann, daß das Verhältnis des Mittel werts des Bezugssignals V₄ zum Mittelwertsignal V₃₁ konstant bleibt. Wird beispielsweise das Mittelwertsignal V₃₁ kleiner, so sinkt auch der Verstärkungsfaktor des Operationsverstär kers 14d und damit sinkt, wie durch die gestrichelte Linie auf Zeile 12(k) veranschaulicht wird, der Scheitelwert des Bezugssignals V₄ entsprechend dem Absinken des Mittelwertsi gnals V₄₃₁. Jedesmal wenn der Pegel des verstärkten Signals V₃ den Pegelwert des Bezugssignals V₄ übersteigt, liegt das Hinderniserfassungssignal V₅ auf hohem Pegelwert. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Hindernis erfassungssignal V₅ einer Aufhängungssteuerung zugeführt, die die Härte der Fahrzeugaufhängung entsprechend einstellt, um die Stoßwirkung zu verringern, wenn das Fahrzeug das Hinder nis 5 überrollt.

Die Sensoren zur Hinderniserfassung entsprechend den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen zeigen an, ob ein Hinder nis 5 vorhanden ist oder nicht, doch geben sie keinen Auf schluß über dessen Größe. Allerdings läßt sich jedes der be schriebenen Ausführungsbeispiele leicht so anpassen, daß es ein Hinderniserfassungssignal erzeugt, das für die Größe ei nes Hindernisses repräsentativ ist. Fig. 13 veranschaulicht den Aufbau eines Bezugssignalgebers 11′ und eines Verglei chers 12′ bei einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbei spiel, das die Möglichkeit zur Erzeugung eines Hinderniser fassungssignals bietet, das Aufschluß über die Größe eines Hindernisses gibt. Der Bezugssignalgeber 11′ und der Verglei cher 12′ gemäß Fig. 13 werden anstelle des Bezugssignalgebers 11 und des Vergleichers 12 aus Fig. 1 eingesetzt. In allen anderen Punkten ist dieses Ausführungsbeispiel vom Aufbau her identisch mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Wie auch der Bezugssignalgeber 11 aus Fig. 1 weist der Bezugssignalge ber 11′ aus Fig. 13 einen Ladekreis 11a, einen Entladekreis 11b und einen Kondensator 11c auf. Ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen 11d und 11e ist parallel zum Kondensator 11c zwischen Ladekreis 11a und Masse geschaltet. Die Spannung am Kondensator 11c stellt ein erstes Bezugssignal V_{4 a} dar, während die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Wider ständen 11d und 11e ein zweites Bezugssignal V_{4 b} darstellt.

Der Vergleicher 12′ weist einen ersten und einen zweiten Ope rationsverstärker 12a bzw. 12b auf. Der nicht-invertierende Eingang jedes Operationsverstärkers ist mit dem Ausgang einer Verstärkerschaltung 7 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 12a ist mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand 11d und Kondensator 11c verbunden, wäh rend der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 12b mit dem Anschluß zwischen den Widerständen 11d und 11e ver bunden ist. Somit vergleicht der Operationsverstärker 12a das erste Bezugssignal V_{4 a} mit dem verstärkten Signal V₃ aus der Verstärkerschaltung 7, während der Operationsverstärker 12b das zweite Bezugssignal V_{4 b} mit dem verstärkten Signal V₃ vergleicht. Am Ausgang des Operationsverstärkers 12a liegt ein erstes Hinderniserfassungssignal V_{5 a} mit hohem Pegelwert, wenn das verstärkte Signal V₃ das erste Bezugssignal V_{4 a} übersteigt, während am Ausgang des Operationsverstärkers 12b ein zweites Hinderniserfassungssignal V_{5 b} auf hohem Pegelwert anliegt, wenn das verstärkte Signal V₃ das zweite Bezugssi gnal V_{4 b} übersteigt.

Fig. 14 zeigt die Wellenform des Empfangssignals V_2′, das bei einem großen, einem mittelgroßen und einem kleinen Hindernis eingeht. Deutlich erkennbar ist hierbei, daß mit zunehmender Größe des Hindernisses auch die Größe des Empfangssignals V_2′ (und damit auch des verstärkten Signals V₃) zunimmt. Durch Vergleich des verstärkten Signals V₃ mit einer Vielzahl von Bezugssignalen V_{4 a} und V_{4 b} läßt sich die Größe des Hindernis ses grob erfassen. Fig. 15 zeigt die vom Bezugssignalgeber 11′ erzeugte Wellenform des ersten und zweiten Bezugssignals V_{4 a} und V_{4 b}. Die beiden Bezugssignale sind sich zwar in ihrer Form ähnlich, doch besitzen sie verschiedene Größe.

Ist auf der Fahrbahnoberfläche 4 kein Hindernis 5 oder ist das vorhandene Hindernis 5 nur klein, so liegt das verstärkte Signal V₃ auf niedrigem Pegel und überschreitet das Bezugssi gnal V_{4 a} bzw. V_{4 b} nicht, so daß die beiden Hinderniserfas sungssignale V_{5 a} und V_{5 b} ebenfalls schwach sind. Ist auf der Fahrbahnoberfläche 4 ein mittelgroßes Hindernis 5 vorhanden, so übersteigt das verstärkte Signal V₃ das zweite Bezugssi gnal V_{4 b}, jedoch nicht das erste Bezugssignal V_{4 a}, so daß nur das zweite Hinderniserfassungssignal V_{5 b} auf hohem Pegelwert liegt. Befindet sich auf der Fahrbahnoberfläche 4 ein großes Hindernis 5, so übersteigt das verstärkte Signal V₃ sowohl das erste Bezugssignal V_4aals auch das zweite Bezugssignal V_{4 b}, und damit erzeugen beide Operationsverstärker 12a und 12b Hinderniserfassungssignale V_{5 a} und V_{5 b}, die beide einen hohen Pegelwert aufweisen.

Die Hinderniserfassungssignale V_{5 a} und V_{5 b} werden einer (hier nicht dargestellten) Aufhängungssteuerung zugeführt, die die Härte der Fahrzeugaufhängung entsprechend verändert, je nach dem, welches der Hinderniserfassungssignale V_{5 a} und V_{5 b} einen hohen Pegelwert hat. Dieses Ausführungsbeipiel ist insbeson dere für den Fall vorgesehen, daß die Aufhängung auch abrupt auftretenden Fehlern und Hindernissen wie Schlaglöchern in der Fahrbahnoberfläche 4 gerecht werden muß. Schwingungen lassen sich wirksamer auffangen, wenn die Federungshärte der Aufhängung entsprechend der Größe des Hindernisses verringert wird. Ist die Behinderung, z. B. die Tiefe eines Schlaglochs, so groß, daß die Aufhängung den Stoß nicht wirksam abfedern kann, so läßt sich die Federungshärte der Aufhängung entspre chend erhöhen, um eine Beschädigung der Aufhängung zu verhin dern.

In jeder anderen Hinsicht entspricht die Funktionsweise die ses Ausführungsbeispiels den Merkmalen des Ausführungsbei spiels gemäß Fig. 1. Zwar wurde in der vorstehenden Beschrei bung auf ein Ausführungsbeispiel Bezug genommen, das im Auf bau dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vergleichbar oder ähnlich ist, doch können Baugruppen und Bauteile ähnlich dem Bezugssignalgeber 11′ und dem Vergleicher 12′ gemäß Fig. 13 auch bei den anderen Ausführungsbeispielen 6 und 9 eingesetzt werden, so daß auch dort die Möglichkeit gegeben ist, Auf schluß über die Größe eines Hindernisses zu geben.

Die Anzahl der Bezugssignale und Hinderniserfassungssignale ist nicht auf die in Fig. 13 angegebene Anzahl beschränkt. Durch Erhöhung der Anzahl der Widerstände im Spannungsteiler des Bezugssignalgebers 11′ lassen sich Bezugssignale in jeder gewünschten Anzahl erzeugen, und im Vergleicher 12′ können Operationsverstärker in entsprechender Anzahl vorgesehen sein, um jeweils ein Hinderniserfassungssignal entsprechend jedem Bezugssignal zu erzeugen. Wird die Anzahl der Bezugssi gnale und der Hinderniserfassungssignale erhöht, so läßt sich die Größe eines Hindernisses mit hoher Genauigkeit ermitteln, und damit kann auch eine Feinabstimmung in der Steuerung der Fahrzeugaufhängung erfolgen.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Ultraschallwellen intermittierend ausgesendet. Es ist jedoch ebensogut möglich, einen Ultraschallwellengeber einzusetzen, der kontinuierlich Schallwellen erzeugt. In diesem Fall läßt sich der Mittelwert des verstärkten Signals V₃ mit einer je weils gewünschten Erfassungsperiode ermitteln.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist zwar das Bezugssignal V₄ eine Dreieckwellenform auf, doch kann statt dessen auch mit jeder anderen Wellenform gearbeitet werden.

Claims

1. Ultraschallsenor zur Hinderniserfassung für Kraftfahr zeuge,
gekennzeichnet durch

- einen Ultraschallsender (3) zur Erzeugung von Wellen im Ultraschallbereich (V₁);
- einen Ultraschallempfänger (6) zum Empfangen von Ul traschallwellen und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals (V₂);
- einen Verstärker (7) zum Verstärken des vom Ultra schallempfänger (6) abgegebenen Signals (V₂) mit einem Verstärkungsfaktor und zum Erzeugen eines verstärkten Signals (V₃);
- eine Integrationseinrichtung (8) zum Erzeugen eines Mittelwertsignals (V₃₁), das den Mittelwert des ver stärkten Signals (V₃) repräsentiert;
- einen Bezugssignalgeber (11) zum Erzeugen eines Be zugssignals (V₄);
- einen Vergleicher (12) zum Vergleichen des Bezugssi gnals (V₄) mit dem verstärkten Signal (V₃) und zum Er zeugen eines Hinderniserfassungssignals (V₅), das an gibt, wann das verstärkte Signal (V₃) das Bezugssignal (V₄) übersteigt; und
- eine Regeleinrichtung, die mindestens die Größe des Bezugssignals (V₄) oder den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (7) entsprechend den Schwankungen des Mit telwertsignals (V₃₁) verändert.

2. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Einrichtung aufweist zur Ver änderung von mindestens der Größe des Bezugssignals (V₄) oder des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (7) in der Weise, daß das Verhältnis (V₃₁/V₄) des Mittelwertsignals zum Mittelwert des Bezugssignals konstant ist.

3. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Verstärkungsfaktorsteuerung (10) aufweist, die im Ansprechen auf das Mittelwertsi gnal (V₃₁) den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (7) so regelt, daß das Mittelwertsignal (V₃₁) auf einem vorge gebenen Wert gehalten wird.

4. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Einrichtung aufweist, die im Ansprechen auf das Mittelwertsignal (V₃₁) den Bezugssi gnalgeber (11) so ansteuert, daß der Mittelwert des Be zugssignals ein konstantes Mehrfaches des Mittelwertsi gnals ist.

5. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug sich auf einer Oberfläche (4) befindet, und daß der Ultraschallsender (3) so auf dem Fahrzeug in stalliert ist, daß er Ultraschallwellen diagonal vor dem Fahrzeug in Richtung zur Oberfläche (4) aussendet.

6. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (3) eine Einrichtung (31-35) zum intermittierenden Erzeugen von Ultraschallwellen auf weist.

7. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Spannungsabkappschaltung (13) zwischen den Verstärker (7) und die Integrationsschaltung (8) ge schaltet ist, die das verstärkte Signal (V₃) auf einen Sollspannungswert (V_c) kappt und das gekappte Signal (V₃₂) der Integrationsschaltung (8) zuführt.

8. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal (V₄) eine Dreieckwellenform aufweist.

9. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugssignalgeber (11) eine Einrichtung (11′) zum Erzeugen einer Vielzahl von Bezugssignalen unterschied licher Größe aufweist, und daß der Vergleicher (12) eine Einrichtung (12′) zum Vergleichen des verstärkten Si gnals (V₃) mit jedem der Bezugssignale aufweist und ein Hinderniserfassungssignal (V_{5 a}, V_{5 b}) abgibt, das für das Ergebnis jedes Vergleichsvorgangs repräsentativ ist.

10. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung für Kraftfahr zeuge, gekennzeichnet durch:

- einen Ultraschallsender (3) zur intermittierenden Er zeugung von Wellen im Ultraschallbereich (V₁), der auf dem Fahrzeug so angebracht ist, daß er die Ultra schallwellen diagonal vor dem Fahrzeug in Richtung zu einer Oberfläche (4) aussendet, auf der sich das Fahr zeug befindet;
- einen Ultraschallempfänger (6) zum Empfangen der von der Oberfläche (4) reflektierten Ultraschallwellen und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals (V₂);
- einen einstellbaren Verstärker (7) zum Verstärken des vom Ultraschallempfänger (6) abgegebenen Signals (V₂) mit einem Verstärkungsfaktor und zum Erzeugen eines verstärkten Signals (V₃);
- eine Integrationseinrichtung (8) zum Erzeugen eines Mittelwertsignals (V₃₁), das den Mittelwert des ver stärkten Signals (V₃) repräsentiert;
- einen Bezugssignalgeber (14) zum Erzeugen eines Be zugssignals (V₄);
- einen Vergleicher (12) zum Vergleichen des Bezugssi gnals (V₄) mit dem verstärkten Signal (V₃) und zum Er zeugen eines Hinderniserfassungssignals (V₅), das an gibt, wann das verstärkte Signal (V₃) das Bezugssignal (V₄) übersteigt; und
- eine Verstärkungsfaktorsteuerung (10), die im Anspre chen auf das Mittelwertsignal (V₃₁) den Verstärkungs faktor des Verstärkers (7) in der Weise regelt, daß das Mittelwertsignal (V₃₁) einen gleichbleibenden vor gegebenen Wert hat.

11. Ultraschallsensor zur Hinderniserfassung für Kraftfahr zeuge, gekennzeichnet durch:

- einen Ultraschallsender (3) zur intermittierenden Er zeugung von Wellen im Ultraschallbereich (V₁), der auf dem Fahrzeug so angebracht ist, daß er die Ultra schallwellen diagonal vor dem Fahrzeug in Richtung zu einer Oberfläche (4) aussendet, auf der sich das Fahr zeug befindet;
- einen Ultraschallempfänger (6) zum Empfangen der von der Oberfläche (4) reflektierten Ultraschallwellen und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals (V₂);
- einen Verstärker (7) zum Verstärken des vom Ultra schallempfänger (6) abgegebenen Signals (V₂) und zum Erzeugen eines verstärkten Signals (V₃);
- eine Integrationseinrichtung (8) zum Erzeugen eines Mittelwertsignals (V₃₁), das den Mittelwert des ver stärkten Signals (V₃) repräsentiert;
- einen Bezugssignalgeber (14) zum Erzeugen eines Be zugssignals (V₄);
- einen Vergleicher (12) zum Vergleichen des Bezugssi gnals (V₄) mit dem verstärkten Signal (V₃) und zum Er zeugen eines Hinderniserfassungssignals (V₅), das an gibt, wann das verstärkte Signal (V₃) das Bezugssignal (V₄) übersteigt; und
- eine Einrichtung zum Ansteuern des Bezugssignalgebers (11) in der Weise, daß das Verhältnis des Mittelwerts des Bezugssignals zum Mittelwertsignal konstant ist.

12. Verfahren zum Erfassen von Hindernissen auf einer Fahr bahnoberfläche vor einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- intermittierendes Erzeugen von Ultraschallwellen dia gonal vor dem Fahrzeug in Richtung zur Fahrbahnober fläche;
- Empfangen der von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Ultraschallwellen und Erzeugen eines entsprechenden Empfangssignals;
- Verstärken des Empfangssignals mit einem Verstärkungs faktor, wobei sich ein verstärktes Signal ergibt;
- Bilden des Mittelwerts des verstärkten Signals, so daß sich ein Mittelwertsignal ergibt;
- Erzeugen eines Bezugssignals für den Vergleich mit dem verstärkten Signal;
- Vergleichen des Bezugssignals mit dem verstärkten Si gnal und Erzeugen eines Hinderniserfassungssignals, das angibt, wann das verstärkte Signal das Bezugssi gnal übersteigt; und
- Ansteuern zumindest des Bezugssignalgebers oder Regeln des Verstärkungsfaktors in der Weise, daß das Verhält nis des Mittelwertsignals zum Mittelwert des Bezugssi gnals konstant bleibt.