DE69008672T2 - Selbstanpassender Ultraschall-Diebstahlschutz. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Diebstahlschutzsystem für Kraftfahrzeuge, das ein unbefugtes Eindringen in den Innenraum des Fahrzeugs durch den Einsatz der Ultraschalltechnik erfaßt.
• Diese Vorrichtungen können nach zwei verschiedenen Verfahren betrieben werden:
• - Entweder erfolgt die Anregung eines Sender-Wandlers im kontinuierlichen bzw. nahezu kontinuierlichen Betrieb, so daß im Innern des Fahrzeugs Ultraschallwellen erzeugt werden, die bei Nichtvorhandensein von Bewegungen im Fahrzeug eine in etwa stationäre Schallfeldkonfiguration aufweisen, wobei jede an diesem Schallfeld auftretende Änderung erfaßt wird;
• - oder die Anregung des Sender-Wandlers erfolgt durch kurze Impulse, wobei nach Art eines aktiven Sonars versucht wird, die Echos zu bestimmen, die im Verhältnis zum Hintergrund der normalerweise dem Fahrzeug zugeordneten ortsfesten Echos beweglich sind.
• Die zweite Lösung erfordert im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit eine komplexe Informationsverarbeitung. Diese läßt sich nur schwer zu einem vertretbaren Kostenaufwand in den Fahrzeugen einbauen.
• Die einfachere erste Lösung führt zur Zeit nicht zu vollauf zufriedenstellenden Ergebnissen.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in einer Optimierung derartiger Vorrichtungen im Hinblick auf eine Verbesserung des derzeitigen Stands der Technik.
• Die vorgeschlagene Vorrichtung umfaßt die folgenden Bestandteile:
• - einen Ultraschall-Sender-Wandler;
• - einen Erregerschaltkreis für die nahezu kontinuierliche Anregung des Sender-Wandlers, um Ultraschallwellen im Innenraum des Fahrzeugs zu erzeugen, wobei diese Ultraschallwellen bei Nichtvorhandensein von Bewegungen im Fahrzeug eine nahezu stationäre Schallfeldkonfiguration definieren;
• - einen Ultraschall-Empfänger-Wandler;
• - einen Empfangsschaltkreis, der an den Empfänger- Wandler angeschlossen ist, um ein aufgenommenes Signal zu liefern, das repräsentativ für das durch den Empfänger-Wandler erfaßte Schallfeld ist;
• - eine Verstärkerstufe für das aufgenommene Signal mit veränderlichem Verstärkungsfaktor über einen Widerstand in Parallelschaltung zum Stromglied eines Hilfstransistors, gefolgt von einer Gleichrichterstufe;
• - einen Regelkreis für die Regelung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe in Abhängigkeit vom Ausgang der Gleichrichterstufe;
• - Verarbeitungsmittel für die Erzeugung eines Alarms in Abhängigkeit von den Änderungen des aufgenommenen Signals, die an den Ausgang der Gleichrichterstufe angeschlossen sind und einen Änderungsdetektor umfassen, der eine Schaltung für die Generierung von kalibrierten Impulsen ansteuert, wobei die Alarmauslösung erfolgt, wenn bei einer Zählung dieser Impulse eine vorgegebene Anzahl erreicht wird.
• Eine derartige Vorrichtung wird in der Patentschrift GB-A-2 085 626 beschrieben.
• In den vorstehenden Ausführungen bezieht sich der Ausdruck "nahezu kontinuierliche Anregung" auf eine kontinuierliche oder durch ausreichend lange Impulse erfolgende Anregung, um ein in etwa stationäres Schallfeld im Innenraum des Fahrzeugs in Abstimmung auf die menschlichen Bewegungen entsprechenden Zeiten aufbauen zu können.
• Erfindungsgemäß ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Differentialverstärker umfaßt, der über einen Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichterstufe verbunden ist und über seinen anderen Eingang eine Referenzspannung empfängt, während sein Ausgang die Leitung des Hilfstransistors steuert.
• Bislang wurde der Alarm durch Analogschaltkreise erzeugt, die das aufgenommene Signal mit einem Schwellenwert vergleichen, dessen Einstellung sich äußerst schwierig gestaltet. Beim Einsatz der vorstehend beschriebenen Mittel wird ein mittleres Schallfeld zugrundegelegt, wobei anschließend eine Impulszählung zum Einsatz kommen kann, um den Alarm auszulösen, was über Digitalschaltkreise oder besser noch über einen Mikroprozessor erfolgen kann.
• Die Erfindung kommt voll zum Tragen, wenn die Verstärkerstufe mit einem großen Verstärkungsfaktor und einer hohen Zeitkonstante vorgesehen wird, die jeweils so auszuwählen sind, daß der dadurch gebildete Regelkreis eine überkritische Kennlinie aufweist.
• Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung, der eine allgemeinere Anwendung finden kann, erfolgt ausgehend von einem derartigen Signal, das den Pegel eines an einem Punkt des Fahrzeugs erfaßten Schallfelds darstellt und in kalibrierte Impulse umgewandelt wird, eine Zählung dieser Impulse, beginnend mit dem jeweils ersten Impuls, während einer vorgegebenen Zeitdauer.
• Diese Impulszählung findet vorzugsweise während zweier durch ein Intervall voneinander getrennter Zeitabschnitte statt. Die Dauer dieser Zeitabschnitte und dieses Intervalls wird nach Maßgabe der jeweiligen Merkmale des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung der überkritischen Reaktion des Regelkreises (bzw. allgemeiner des Systems zur Erzeugung des aufgenommenen Signals) ausgewählt.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, in denen folgendes dargestellt wird:
• - Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Ultraschall-Diebstahlschutzvorrichtung für Kraftfahrzeuge.
• - Figur 2 zeigt ein Detailschaltbild zum Senderteil der Vorrichtung.
• - Figur 3 zeigt ein Detailschaltbild zum Empfangsteil der Vorrichtung mit der zugehörigen Stromzuleitung.
• - Figur 4 zeigt ein Detailschaltbild des Verstärkungs- und Verarbeitungsteils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• - Die Figuren 5 bis 7 zeigen Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfingungsgemäßen Vorrichtung.
• - Figur 8 zeigt weitere Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfingungsgemäßen Vorrichtung.
• Die beigefügten Zeichnungen beinhalten im wesentlichen abgesicherte Informationen. Sie sind von daher als in die Beschreibung einbezogene Bestandteile zu betrachten und können bei Bedarf zur Definition der Erfindung herangezogen werden.
• Figur 1 enthält die mit V bezeichnete schematische Darstellung des Innenraums eines Fahrzeugs.
• Dieser umfaßt einen Ultraschall-Sender-Wandler 10, der seinem Erregerschaltkreis 11 zugeordnet ist, sowie einen Ultraschall-Empfänger-Wandler 20, der seinem Empfangsschaltkreis 21 zugeordnet ist.
• Wie bereits erwähnt, wird der Sender-Wandler im kontinuierlichen Betrieb oder durch lange Impulse angeregt, so daß im Innenraum des Fahrzeugs ein stationäres Schallfeld CS entsteht, das in Figur 1 schematisch durch die Position der Amplitudenausbauchungen der Ultraschallwellen im Fahrzeuginnern dargestellt wird.
• Der Sensor 20 empfängt ein Ultraschallsignal, dessen Amplitude von der Amplitude des Ultraschallfelds auf seiner jeweiligen Höhe abhängig ist.
• Das am Ausgang des Schaltkreises 21 verfügbare aufgenommene Signal wird an einen Verstärkerschaltkreis 22 angelegt, dem ein Schaltkreis AL nachgeschaltet ist, dessen Aufgabe darin besteht, die "Alarm"-Information ausgehend von dem aufgenommenen und verstärkten Signal zu verarbeiten. Bisher wird diese "Alarm"-Information in analoger Form erstellt und anschließend an ein Verarbeitungsorgan übertragen, bei dem es sich um einen an Bord des Fahrzeugs installierten Mikroprozessor MP handeln kann.
• Diese Vorrichtungen sind beim gegenwärtigen Stand der Technik schwer einzustellen.
• Denn der Verlauf des stationären Schallfelds ist nicht nur von der Innengeometrie der Fahrgastzelle des Fahrzeugs abhängig, sondern auch von dessen Innenausstattung (insbesondere Leder- oder Stoffbezüge der Sitze). Außerdem kann das stationäre Schallfeld durch Veränderungen der Umgebungstemperatur (Sonneneinstrahlung) oder infolge von anderen Ursachen beeinflußt werden, die nichts mit einem unbefugten Eindringen zu tun haben, etwa durch einen Stoß gegen die Karosserie.
• Dies hat oft zur Verwendung mehrerer Empfängersensoren geführt, woraus sich wiederum Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des an Bord des Fahrzeugs erforderlichen niedrigen Stromverbrauchs ergeben haben, der typischerweise 1 Milliampere bei 12 Volt beträgt.
• Figur 2 beinhaltet eine Darstellung des Sender-Wandlers 10. Sein Erregerschaltkreis 11, der an die Batteriespannung +V angeschlossen ist, umfaßt einen Quarz 110, dem in Kaskadenschaltung eine Reihe von drei Umkehrverstärkern 112, 114 und 116 nachgeschaltet ist. Der Verstärker 112 ist mit einem Gegenkopplungswiderstand 113 bestückt. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 114 und dem Eingang des Verstärkers 116 ist ein Widerstand 115 angeordnet, der wiederum an einen zur Masse geführten Widerstand 111 angeschlossen ist, wodurch der Schwingungseffekt der Schaltung herbeigeführt wird. Die Schwingungsspannung wird über den Umkehrverstärker 116 an den Wandler 10 angelegt.
• In Figur 3 wird die Batteriespannung +V an eine Speiseschaltung 3 angelegt, die aus einer Diode 31 mit einem nachgeschalteten Widerstand 32 besteht, gefolgt von einem zur Masse geführten Kondensator 33 mit einer parallelgeschalteten Zener-Diode 34, um den elektronischen Schaltkreisen eine ausreichend stabile und gegen Überspannungen geschützte Spannung Vs zuzuführen.
• Der Empfänger-Wandler 20 ist an einen Empfangsschaltkreis 21 angeschlossen, der eingangsseitig die Parallelschaltung eines Widerstands 210 und einer Kapazität 211 umfaßt. Dahinter folgt eine Verbindungskapazität 212 mit einem nachgeschalteten Widerstand 213, der zur Basis eines Transistors 214 verläuft. Dieser ist mit einem Emitterwiderstand 215, einem Kollektorwiderstand 216, über den ihm die Spannung Vs zugeführt wird, und mit einem Polarisationswiderstand 217 bestückt, der zwischen den Kondensator 212 und den Widerstand 213 geführt wird.
• Die meisten Hauptbestandteile der Erfindung werden in Figur 4 dargestellt.
• Darin erkennt man zunächst eine Verstärkerstufe 22, die das aufgenommene Signal Sc empfängt, das am Ausgang des Schaltkreises 21 von Figur 3 verfügbar ist.
• Ein Kondensator 221 legt dieses Signal einerseits an die Basis und andererseits an den Kollektor eines Transistors 224 an, was jeweils über die Widerstände 223 bzw. 222 erfolgt. Derselbe Transistor erhält die Spannung +Vs über einen Kollektorwiderstand 227, während er außerdem mit zwei Emitterwiderständen 225 und 226 bestückt ist.
• Der an seinem Kollektor vorgesehene Ausgang dieser Stufe wird an eine Gleichrichterstufe 23 angelegt, die eine Verbindungskapazität 230 umfaßt, gefolgt von einer in Umkehrschaltung zur Masse geführten Diode 231 und einer in Direktschaltung zu einem an Masse gelegten Kondensator 233 und in Parallelschaltung zu einem Widerstand 234 geführten Diode 232. Die Ausgangsspannung dieser Gleichrichterstufe 23 wird mit Va bezeichnet.
• Diese Spannung Va wird an eine Regelkreis-Verstärkerstufe 24 angelegt, die mit einem Widerstand 240 beginnt, der zum Umkehreingang eines Verstärkers 241 geführt ist. Dieser Umkehreingang ist wiederum über einen Widerstand 242 in Parallelschaltung zu einer Kapazität 243 mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden, wobei das Gesamtsystem eine hohe Zeitkonstante für diesen Verstärker und gleichzeitig einen großen Verstärkungsfaktor liefert. Der Nicht-Umkehreingang des Verstärkers erhält eine Referenzspannung Vref, die durch die Teilung der Spannung +Vs anhand von zwei Widerständen 245 und 246 definiert wird. Dabei ist festzustellen, daß die erfindungsgemäße Schaltungstechnik jede Einstellung der Referenzspannung überflüssig macht, da diese durch eine bei der Herstellung vorgenommene Auswahl der Werte der Widerstände 245 und 246 definiert wird.
• Der Ausgang der Stufe 24 wird an eine Hilfsstufe 25 angelegt, die aus einem Transistor 252 besteht, dessen Kollektor-Emitter-Glied in Parallelschaltung zu dem Widerstand 226 angeordnet ist, während seine Basis über einen Widerstand 250 mit dem Ausgang des Verstärkers 241 in Verbindung steht, wobei sie gleichzeitig über einen Widerstand 251 an Masse gelegt ist. Je höher die an den Eingang der Stufe 25 angelegte Spannung ausfällt, desto stärker wird die Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors 252 stromführend, was wiederum zur Folge hat, daß der Widerstand 226 in zunehmendem Maße in Nebenschluß gelegt und dementsprechend die Impedanz der Emitterschaltung des Transistors 224 verringert wird. Diese Verringerung der Emitterimpedanz bewirkt eine Vergrößerung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe 22.
• Es kann bereits jetzt festgestellt werden, daß es sich bei dem Signal Sc um ein Signal handelt, das den momentanen Schalldruck darstellt, der am Empfänger- Wandler aufgenommen wird. Das Signal Va repräsentiert den Momentanwert des Schallpegels, der durch den Empfänger-Wandler erfaßt wird. Dieser Wert wird in den Regelkreis zurückgeführt, um den Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe 22 über eine entsprechende Veränderung ihrer Emitterimpedanz anhand des Kollektor- Emitter-Glieds des Hilfstransistors 252 zu verstellen.
• Und der Regelkreis wird dadurch überkritisch, daß er einen großen Verstärkungsfaktor und gleichzeitig eine hohe Zeitkonstante besitzt.
• Üblicherweise vermeiden die Fachleute den Einsatz von überkritischen Regelkreisen. An dieser Stelle ist festgestellt worden, daß ein Regelkreis mit leicht überkritischer Kennlinie die Möglichkeit bietet, schnelle Änderungen des Pegels des Ultraschallfelds, auch bei schwacher Amplitude, erheblich zu verstärken, indem am Ausgang des Regelkreises in Va eine gedämpfte pseudoperiodische Störung als Ergebnis der überkritischen Beschaffenheit der Dämpfung des Regelkreises erzeugt wird. Langsame Änderungen des Ultraschallfelds, auch mit starker Amplitude, werden hingegen durch den Regeleffekt abgeschwächt. Diese Eigenschaften wurden genutzt, um den Betrieb der Vorrichtung, der auf der Erfassung schneller Änderungen des im Innenraum des Fahrzeugs bestehenden mittleren Schallfelds beruht, unabhängig von dem jeweiligen Mittelwert dieses Schallfelds zu machen, das heißt in hohem Maße unabhängig von der Geometrie des Fahrzeuginnenraums, von der Art der Innenverkleidung und vom Vorhandensein neutraler Gegenstände auf den Fahrzeugsitzen, unter Absehung von den Temperatureinflüssen, da alle diese Parameter sich in der Regel nachteilig auf den einwandfreien Betrieb der bislang bekannten Ultraschallsensoren auswirken.
• Darüber hinaus tragen diese Eigenschaften, wie weiter unten noch zu zeigen sein wird, dazu bei, die Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß zwischen der Reaktion der Vorrichtung auf eine einzige, auch stärkere Erschütterung (die im Prinzip nicht mit einem unbefugten Eindringen zusammenhängt) und der Reaktion auf eine Folge kleinerer Erschütterungen unterschieden werden kann, die in den meisten Fällen als ein unbefugtes Eindringen anzusehen ist.
• Die Spannung Va wird an eine Änderungsdetektorstufe 26 angelegt. Diese Stufe 26 umfaßt zunächst eine Verbindungskapazität 260 mit einem nachgeschalteten Widerstand 261, der an Masse gelegt ist. Das erhaltene Signal wird direkt an den Umkehreingang eines Differentialverstärkers 262 angelegt, während es indirekt an dessen Nicht-Umkehreingang angelegt wird, was über einen Serienwiderstand 263 und eine Kapazität 264 mit Ableitung an Masse erfolgt, die zusammen einen Verzögerungsschaltkreis bilden. Auf diese Weise funktioniert der Verstärker 262 wie eine Vergleichsschaltung in offenem Regelkreis, wobei er an seinem Ausgang mit einem an Masse gelegten Widerstand 265 bestückt ist. Diese Schaltung, die zuweilen durch den englischen Ausdruck "D.C. RETRIEVER" bezeichnet wird, vergleicht das Eingangssignal an ihrem Umkehreingang mit einer verzögerten und sehr leicht abgeschwächten Antwort auf dieses Signal an ihrem Nicht-Umkehreingang. Von daher liegt bei konstantem Eingangssignal Va infolge der Wirkung der Polarisationsströme der Eingänge des Verstärkers die Spannung am Nicht-Umkehreingang ganz leicht über der Spannung am Umkehreingang: Da der Verstärker in einem offenen Regelkreis geschaltet ist, liegt seine Ausgangsspannung folglich in der Nähe der Speisespannung. Wenn sich das Eingangssignal Va vergrößert, liegt am Umkehreingang das Momentansignal an, während am Nicht-Umkehreingang des Verstärkers das verzögerte Signal Va ansteht, das aufgrund der Erhöhung von Va folglich kleiner als der am Umkehreingang anstehende Wert ausfällt. Die Ausgangsspannung liegt demzufolge nahe bei Null. Wenn sich hingegen die Spannung Va verringert, fällt das am Nicht-Umkehreingang anstehende verzögerte Signal größer aus als das am Umkehreingang anstehende Momentansignal: Die Ausgangsspannung des Verstärkers liegt somit in der Nähe der Speisespannung.
• Das auf diese Weise erhaltene Signal Vb steuert einen Impulsgenerator 27 an. Dieser Impulsgenerator besteht hier aus zwei hintereinander geschalteten Widerständen 270 und 271, die mit dem Eingang eines Umkehrverstärkers 273 verbunden und gleichzeitig über einen Widerstand 272 an die Spannung +Vs angeschlossen sind. Der Ausgang des Verstärkers 273 wird über eine Kapazität 274 mit einem nachgeschalteten, zur Masse geführten Widerstand 275 an den Eingang eines zweiten Umkehrverstärkers 276 angelegt, dessen Ausgang einerseits über eine in Umkehrschaltung zur Masse geführte Diode 277 mit dem Eingang des Verstärkers 273 verbunden ist und andererseits über einen Widerstand 278, gefolgt von einer zur Masse geführten Kapazität 279, einen anderen Umkehrverstärker 280 anregt, hinter dem sich eine in direkter Richtung geschaltete Diode 281 befindet, deren Ausgang zwischen den Widerständen 270 und 271 angeschlossen ist.
• Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: In Ruhestellung (konstantes Feld Va) liegt die Spannung Vb in der Nähe der Speisespannung und sinkt auf Null ab, sobald sich das Signal Va erhöht. Dieses Absinken auf Null wird über die Widerstände 270 und 271 an den Umkehrverstärker 273 weitergeleitet, dessen Ausgang den Logikpegel "1" annimmt. Dieser Logikpegel wird über den Kondensator 274 an den Eingang des Verstärkers 276 weitergegeben, dessen Ausgang Vc vom Logikpegel "1" auf den Logikpegel "Null" umschaltet. Dieser Logikpegel "Null" wird über die Diode 277 an den Eingang des Verstärkers 273 weitergegeben, wobei dieser Eingang unabhängig von der etwaigen Weiterleitung des Signals Vb auf Null fixiert wird. Die Dauer dieses Zustands entspricht der Zeit, die der Kondensator 274 benötigt, um sich über den Widerstand 275 aufzuladen: Das Potential am Eingang des Verstärkers 276 geht somit wieder schrittweise zurück, und wenn es den unteren Schwellenwert des Verstärkers erreicht, schaltet dieser wieder um, wobei der Ausgang Vc wieder den Logikpegel "Eins" annimmt, so daß der Eingang des Verstärkers 273 für eine neue Ansteuerung freigegeben wird. Auf diese Weise wird in Vc ein negativer Impuls erzeugt, dessen Dauer ausschließlich von der Zeitkonstante abhängig ist, die durch den Widerstand 275 und die Kapazität 274 in Verbindung mit der logischen Schwelle des Verstärkers 276 gebildet wird, und nicht mehr von der Breite des in Va anstehenden Impulses.
• Dieser Impuls wird durch den aus dem Widerstand 278 und der Kapazität 279 bestehenden Schaltkreis verzögert und anschließend durch den Verstärker 280 transformiert und umgekehrt. Am Ausgang des Verstärkers 280 wird ein positiver Impuls mit der gleichen Breite wie der über Vc erzeugte negative Impuls verfügbar. Dieser positive Impuls wird über die Diode 281 am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 270 und 271 zurückgeführt. Er bewirkt, daß während seiner gesamten Dauer jede Übertragung eines negativen Ansteuerungssignals von Vb zum Eingang des Verstärkers 273 gesperrt wird. Auf diese Weise kann vor dem Ende des verzögerten Impulses aus dem Verstärker 280 kein neuer Prozeßstart erfolgen.
• Die in Vc erzeugten negativen Impulse werden von daher durch eine minimale Dauer zeitlich voneinander getrennt, wobei diese Dauer im wesentlichen von der Zeitkonstante abhängig ist, die durch den Widerstand 278 und den Kondensator 279 gebildet wird. Da die in Vc erzeugten Impulse eine feste Dauer haben und durch einen minimalen Abstand getrennt sind, werden sie als "kalibrierte" Impulse bezeichnet. Sie können sehr einfach durch einen Mikroprozessor übernommen werden.
• Es handelt sich somit um einen kalibrierten Impulsgenerator, der nach Maßgabe des an seinem Eingang Vb anstehenden Logikpegels angesteuert wird.
• Die auf diese Weise erhaltenen kalibrierten Impulse werden an einen Mikroprozessor MP geleitet, bei dem es sich um den für andere Funktionen in das Fahrzeug eingebauten Bord-Mikroprozessor handeln kann.
• Die Vorrichtung, die durch die Änderungsdetektorstufe 26 und den Impulsgenerator 27 gebildet wird, ermöglicht es, ausgangsseitig Folgen von kalibrierten negativen Impulsen zu erhalten. Falls dies gewünscht wird, besteht die Möglichkeit, in völlig analoger Weise positive Impulse zu erhalten, indem die Rolle der Umkehr- und Nicht-Umkehreingänge des Verstärkers 262 vertauscht wird. Dazu wird die Richtung der Dioden 281 in 277 geändert, indem der Sockel des Widerstands 275 an die logische "Eins" (+ Speisespannung) statt an die "Null" (Masse) und der Sockel des Widerstands 272 an die "Null" (Masse) statt an die "Eins" (+ Speisespannung) angeschlossen wird.
• Im folgenden wird auf Figur 5 und 6 Bezug genommen.
• Das aufgenommene Signal Sc weist den in Figur 5A dargestellten Verlauf auf. Zum Zeitpunkt t&sub0; kommt es zu einer leichten, aber plötzlichen Änderung der mittleren Amplitude des Signals. Eine solche Änderung entsteht als Folge einer "zufälligen" Veränderung des im Fahrzeug erzeugten stationären Ultraschallfelds, die wiederum durch eine kurzzeitige (einige Zehntelsekunden dauernde) Störung der Ausbreitungsbedingungen der Schallwellen im Fahrzeuginnenraum verursacht wird (beispielsweise durch ein unbefugtes Eindringen). Um die Erläuterungen zu vereinfachen, wird hier nur eine einzige Änderung in Betracht gezogen. In der Regel kommt es bei einem Eindringen in den Fahrzeuginnenraum zu einer mehr oder weniger schnellen Abfolge derartiger Änderungen.
• Zum Zeitpunkt t&sub1; wird eine langsame Änderung des Ultraschallpegels dargestellt, die sich als Folge einer langsamen Veränderung der Schallausbreitungsbedingungen ergibt, wie dies beispielsweise bei einer Änderung der Temperatur im Fahrzeuginnenraum der Fall ist.
• Figur 5B zeigt die Spannung Va&sub0;, so wie sie am Ausgang der Gleichrichterstufe 23 mit offenem Regelkreis verfügbar wäre, das heißt wenn der Kollektor des Hilfstransistors 252 von dem Widerstand 226 getrennt wäre. In diesem Falle erhält man den Pegel des Schallsignals Sc.
• Figur 5C veranschaulicht den tatsächlichen Verlauf des Signals Va bei der erfindungsgemäßen Schaltung. Als Reaktion auf die Änderung des Schallfelds erhält man eine Spannung Va, die von der Referenzspannung Vref ausgeht, um einen überkritischen Reaktionsverlauf anzunehmen, wie er dem Fachmann bekannt ist. D.h. es gibt mehrere Überschwingungen im Anschluß an die Feldänderung, die zum Zeitpunkt t&sub0; eingetreten ist.
• Dagegen werden die ab dem Zeitpunkt t&sub1; eingetretenen langsamen Änderungen durch die Pegelregelung "kompensiert", so daß sie nicht bei der Spannung Va zum Tragen kommen.
• Figur 5D veranschaulicht den Verlauf der am Ausgang der Schaltung 26 verfügbaren Spannung Vb.
• Mit einer leichten Verzögerung, die in der Figur nicht dargestellt ist und die über die durch den Widerstand 263 und die Kapazität 264 gebildete Zeitkonstante eingeführt wird, bewegt sich die in Ruhestellung normalerweise hohe Spannung Vb während der gesamten Zeit, in der die Spannung Va streng ansteigend ausfällt, in einer Größenordnung um Null, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde. Von daher sind in Vb negative Impulse festzustellen, die den Perioden entsprechen, während derer Va streng steigend ausfällt.
• Figur 5E veranschaulicht die Spannung Vc, wobei zu erkennen ist, daß sich innerhalb der negativen Impulse des Signals Vb kalibrierte Impulse ergeben.
• Diese kalibrierten Impulse beginnen mit dem ersten Übergang des Signals Vb. Weiter oben wurde bereits darauf hingewiesen, daß jeder "kalibrierte" Impuls aus einem Impuls mit fester Dauer, gefolgt von einer Ruheperiode besteht, in deren Verlauf kein neuer Impuls auftreten kann. Wenn am Ende dieser Ruheperiode das Eingangssignal der Schaltung (Vb) immer noch negativ ist, wird ein neuer Impuls erzeugt, auf den wiederum eine Ruheperiode folgt, und so weiter. So erkennt man in Figur 5E zum Zeitpunkt t&sub3; am Ende der Ruhezeit nach dem ersten Impuls, daß das Signal Vb immer noch niedrig ist: Folglich wird ein neuer Impuls erzeugt. Zum Zeitpunkt t&sub4; und t&sub5; ist das Signal Vb am Ende der Ruheperioden nach dem zuletzt ausgegebenen Impuls hingegen wieder hoch gesetzt, so daß es nicht zu weiteren Impulsen kommt.
• Daraus ergibt sich, daß durch eine schnelle Störung Impulse erzeugt werden, während bei langsamen Störungen, wie ab dem Zeitpunkt t&sub1; (Figur 5A) dargestellt, keine Impulse entstehen.
• Nachdem wir uns vorstehend mit der vereinfachenden Hypothese befaßt haben, bei der nur ein einziger Impuls in Betracht gezogen wird, kommen wir nun zu den Vorgängen, die bei einem tatsächlichen Eindringen in den Fahrzeuginnenraum ablaufen. Dem Fachmann ist bekannt, daß ein solches Eindringen eine Abfolge von plötzlichen Änderungen des Ultraschallfelds zur Folge hat. In Figur 6 wird eine Störung des Schallfelds infolge eines Eindringens dargestellt. Die Reihenfolge der Zeichnungen ist die gleiche wie in Figur 5: In 6A erkennt man den Verlauf des aufgenommenen Ultraschallsignals Sc. Kleinere plötzliche Änderungen, die für ein Eindringen kennzeichnend sind, überlagern langsamere Änderungen, die gegebenenfalls eine größere Amplitude haben, aber weniger signifikant sind. In 6B ist der Verlauf dargestellt, den das Signal Vaφ ohne Regelkreis annehmen würde, während 6C den tatsächlichen Verlauf der in Va beobachteten Spannung zeigt. In 6D und 6E wird schließlich der Verlauf der Signale in Vb und Vc dargestellt.
• Da die Abfolge kleinerer Störungen dem Regelkreis keine Zeit läßt, sich zu stabilisieren, bewirkt sie in Vb eine Reihe kürzerer und dichter beieinander liegender Impulse, als dies bei den Impulsen der Fall ist, die durch eine einzige Störung erzeugt werden (siehe Figur 5). Dies führt am Ausgang (Vc) des Impulsgenerators für kalibrierte Impulse 27 zu einer nahezu kontinuierlichen Impulsfolge, die während der gesamten Zeit des Eindringens andauert.
• Aus Figur 7 ist zu entnehmen, was geschieht, wenn das Ultraschallfeld durch eine einzige Erschütterung gestört wird, wie sie sich etwa bei einem Stoß gegen die Karosserie des Fahrzeugs einstellt. Die Anordnung der Ansichten entspricht auch hier der Abfolge in den Figuren 5 und 6. In 7A ist das aufgenommene Ultraschallsignal Sc dargestellt, während man in 7B die Umhüllende dieses Signals erkennt (was Va ohne den Regelkreis wäre): Die für den Stoß kennzeichnende Störung besteht aus Schwingungen des Schallpegels mit großer Amplitude und anfänglich hoher Frequenz, deren Amplitude und Frequenz sich je nach Fahrzeug mehr oder weniger schnell verringern.
• 7C zeigt das effektiv in Va beobachtete Signal, während in 7D und 7E die in Vb bzw. Vc vorliegenden Signale zu erkennen sind.
• Es ist festzustellen, daß eine durch einen Stoß verursachte Erschütterung zu Erzeugung einer einzigen Impulsfolge führt, die aus einem ersten, relativ dichten Impulspaket besteht, gefolgt von weiteren, weniger großen Impulspaketen, die zeitlich immer weiter voneinander entfernt sind.
• Nach dieser Beschreibung der Funktionsweise der in Figur 4 dargestellten Schaltung folgt nun anhand von Figur 8 eine Untersuchung der Abläufe, die sich über einen längeren Zeitraum einstellen.
• Figur 8 zeigt in ein und demselben Diagramm die Abläufe im Falle eines Eindringens und im Falle eines Stoßes gegen das Fahrzeug. In 8A wird die Umhüllende des erfaßten Ultraschallsignals Sc dargestellt: Langsame, nicht signifikante Änderungen werden während der Zeit t&sub1; durch die für ein Eindringen kennzeichnenden kurzen Schwingungen überlagert. Bei t&sub2; wird die Auswirkung eines Stoßes gegen das Fahrzeug veranschaulicht.
• In 8B werden die entsprechenden Impulse dargestellt, wie sie aus Figur 6 und 7 abgeleitet werden können.
• Figur 8C veranschaulicht einen anderen Aspekt der Erfindung, der darin besteht, daß eine Impulszählervorrichtung, die an den Punkt Vc hinter dem Impulsgenerator 27 angeschlossen ist, in einer besonderen Form, im Zusammenhang mit den bislang beschriebenen Schaltkreisen, betrieben wird, so daß das System in die Lage versetzt wird, ein Eindringen oder den Versuch eines Eindringens in das geschützte Fahrzeug von einem Stoß gegen die Karosserie ebendieses Fahrzeugs unterscheiden zu können.
• Erfindungsgemäß erfolgt die Zählung der durch den Impulsgenerator 27 gelieferten Impulse während zweier verschiedener Zählperioden T1 und T2, die durch eine "Ruheperiode" T3 voneinander getrennt werden, während der kein Impuls gezählt wird. Die während der einzelnen Perioden gezählten Impulszahlen werden mit einem Referenzwert verglichen, und zwar mit N1 für T1 und N2 für T2. Von der Erfassung eines unbefugten Eindringens wird nur dann ausgegangen, wenn die Anzahl der während jeder der beiden Perioden T1 und T2 gezählten Impulse ihren jeweiligen Referenzwert überschreitet.
• Auf jeden Fall beginnt die erste Zählperiode T1 genau zum Zeitpunkt des Empfangs des ersten Impulses, woraufhin die Aufeinanderfolge der Perioden T1, T3, T2 völlig unabhängig von dem Eintreffen weiterer Impulse stattfindet, und zwar bis zum Ende des Impulses T2. Danach beginnt eine neue Zählperiode mit T1 im Anschluß an den ersten empfangenen Impuls nach dem Ende von T2.
• Die Schwellen N1 und N2 fallen vorteilhafterweise identisch aus, wobei zur Vereinfachung der Ausführung auch für die Dauern T1 und T2 identische Werte auszuwählen sind.
• In Figur 8 ist zu erkennen, daß die nahezu kontinuierliche Impulsfolge, die im Falle eines Eindringens durch die Vorrichtung erzeugt wird, nahe beieinander liegende Zählwerte ergibt, die auf jeden Fall größer als die jeweilige Schwelle in beiden Zählfenstern ausfallen, während die durch einen Stoß bewirkte Impulsfolge in Form von "immer weiter entfernten Paketen" zu sehr unterschiedlichen Zählungen führt: Auch wenn in der ersten Periode die Zählschwelle überschritten werden kann, hat die zeitliche Verteilung der Impulse zur Folge, daß diese Schwelle im zweiten Zählfenster nicht erreicht wird.
• Es besteht die Möglichkeit, die Dauern der Zähl- und Ruheperioden so festzulegen, daß jedesmal die Abfolge ungeordneter Bewegungen, die für ein Eindringen kennzeichnend ist, von der einmaligen Erschütterung unterschieden werden kann, die beispielsweise durch einen Stoß verursacht wird.
• Nach einer Variante der Erfindung besteht außerdem die Möglichkeit, die in den beiden Fenstern durchgeführten Zählungen zusammenzufassen und sie mit einer einzigen Zählschwelle zu vergleichen. Diese Vorrichtung führt ebenfalls zu guten Ergebnissen. Ihre Verwendung könnte gegenüber der Grundausführung bei bestimmten Fahrzeugtypen vorzuziehen sein, je nachdem, wie die Stöße gegen die Karosserie bei den Ultraschallsensoren übertragen werden.
• Die Zählvorrichtung kann vorzugsweise mittels eines Mikroprozessors ausgeführt werden (dessen Möglichkeiten ohne nachteilige Auswirkung auf die Erfindung gleichzeitig auch für andere Funktionen am Fahrzeug genutzt werden können). In diesem Falle stellt sich die Funktionsweise wie folgt dar: Der Mikroprozessor wird, beispielsweise unterbrechungsgesteuert, beim ersten der Impulse des Signals Vc eingeschaltet. Er definiert dann ein Zeitintervall tf, während dessen Dauer er die Impulse zählt, die ihm durch den Impulsgenerator 27 geliefert werden. Nach diesem Zeitintervall folgt eine Pause mit der Dauer dtf und anschließend im Prinzip ein zweites Zählzeitintervall, dessen Dauer tf vorteilhafterweise ebenso lang ist wie zuvor.
• Der Verlauf der in Figur 8 dargestellten Signale dient natürlich lediglich zu Veranschaulichungszwecken, da die Zeitmaßstäbe auf den Zeichnungen nicht eingehalten werden können.
• Es können beispielsweise die folgenden Werte in Betracht gezogen werden:
• - Zeitkonstante des Verstärkers 241: 0,5 Sekunden
• - Verstärkungsfaktor des Verstärkers 241: 1000 (in offenem Regelkreis)
• - Dauer der Impulse des Impulsgenerators 27: 5 Millisekunden
• - Intervall zwischen den Impulsen des Impulsgenerators 27: 4 Millisekunden
• - Zähldauer tf: 300 Millisekunden
• - Intervall zwischen den Perioden tf: 200 Millisekunden.
• Es sind Versuche an einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt worden. Dabei ergab sich eine völlige Unempfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber der Innenausstattung des Fahrzeugs sowie gegenüber Temperaturänderungen bei Tag/Nacht und gegenüber der Erschütterung des Fahrzeugs durch einen einmaligen Stoß.
• Es besteht von daher die Möglichkeit, für jeden Fahrzeugtyp eine einzige Referenzspannung für die Polarisation des Verstärkers 241 festzulegen, wodurch die Zielvorgabe eines möglichst einfachen Schaltungsaufbaus erfüllt wird, der ohne besondere Einstellung vor seinem Betrieb ein für allemal an Bord eines Fahrzeugs eines bestimmten Typs installiert werden kann, und der einen geringen Stromverbrauch aufweist.

Claims (9)

1. Ultraschall-Diebstahlschutzvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bestehend aus:

- einem Ultraschall-Sender-Wandler (10);

- einem Erregerschaltkreis (11) für die nahezu kontinuierliche Anregung des Sender-Wandlers, um Ultraschallwellen im Innenraum des Fahrzeugs zu erzeugen, wobei diese Ultraschallwellen bei Nichtvorhandensein von Bewegungen im Fahrzeug eine in etwa stationäre Schallfeldkonfiguration definieren;

- einem Ultraschall-Empfänger-Wandler (20);

- einem Empfangsschaltkreis (21), der an den Empfänger-Wandler angeschlossen ist, um ein aufgenommenes Signal zu liefern, das repräsentativ für das durch den Empfänger-Wandler erfaßte Schallfeld ist;

- einer Verstärkerstufe (22) für das aufgenommene Signal mit veränderlichem Verstärkungsfaktor über einen Widerstand (226) in Parallelschaltung zum Stromglied eines Hilfstransistors (252), gefolgt von einer Gleichrichterstufe (23);

- einem Regelkreis (24, 25) für die Regelung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe (22) in Abhängigkeit vom Ausgang der Gleichrichterstufe (23);

- Verarbeitungsmitteln (AL) für die Erzeugung eines Alarms in Abhängigkeit von den Änderungen des aufgenommenen Signals, die an den Ausgang der Gleichrichterstufe (23) angeschlossen sind und einen Änderungsdetektor (26) umfassen, der eine Schaltung für die Generierung von kalibrierten Impulsen (27) ansteuert, wobei die Alarmauslösung erfolgt, wenn bei einer Zählung dieser Impulse eine vorgegebene Anzahl erreicht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Differentialverstärker (241) umfaßt, der über einen Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichterstufe (23) verbunden ist und über seinen anderen Eingang eine Referenzspannung empfängt, während sein Ausgang die Leitung des Hilfstransistors (252) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe (22) einen großen Verstärkungsfaktor und eine hohe Zeitkonstante besitzt, so daß der Regelkreis überkritische Kenndaten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Änderungsdetektor (26) um einen hochempfindlichen Einrichtungs-Detektor handelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsweise des Änderungsdetektors (26) auf einem Vergleich seines Eingangssignals mit einer verzögerten und leicht abgeschwächten Antwort auf dieses Signal beruht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (27) anhand von Umkehrverstärkern, Dioden und RC-Gliedern ausgeführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszählung bei dem jeweils ersten Impuls beginnt und mindestens während einer vorgegebenen Zeit erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszählung während zweier durch ein Intervall voneinander getrennter Zeitabschnitte erfolgt, wobei die Dauer dieser Zeitabschnitte und dieses Intervalls jeweils nach Maßgabe der Eigenschaften des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung des überkritischen Verhaltens des Regelkreises ausgewählt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zeitabschnitte die gleiche Dauer haben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszählung durch einen Mikroprozessor (MP) ausgeführt wird.