WO2012007342A1 - Ultraschallmesssystem für parkhilfen von fahrzeugen - Google Patents

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WO2012007342A1
WO2012007342A1 PCT/EP2011/061496 EP2011061496W WO2012007342A1 WO 2012007342 A1 WO2012007342 A1 WO 2012007342A1 EP 2011061496 W EP2011061496 W EP 2011061496W WO 2012007342 A1 WO2012007342 A1 WO 2012007342A1
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ultrasonic
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bandwidth
signal
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PCT/EP2011/061496
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Egbert Spiegel
Guido Schlautmann
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Elmos Semiconductor SE
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    • G01S2015/932—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles for parking operations

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic measuring system for parking aids of vehicles.
  • Such distance measuring systems for vehicles, the distance of a vehicle to potential located in the immediate vicinity of the vehicle objects o.dgi. Obstacles during a maneuvering operation are increasingly popular.
  • Such distance measuring systems usually operate on an ultrasound basis and generally have an ultrasonic transducer which can be operated either as an ultrasonic transmitter or as an ultrasonic receiver.
  • transmission and reception intervals alternate from.
  • the Uitraschalimesswandler should be able to be operated directly as a receiver, namely to be able to process the measurement signal applied to the Uitraschalimesswandler directly.
  • a Uitraschallmessssystem according to the preamble of claim 1 is known. Further ultrasonic measuring systems are known from DE-A-10 2008 041 894 and DE-A-10 2005 023 696.
  • the object of the invention is to provide an ultrasonic measuring system for parking aids of vehicles, in which the risk of incorrect interpretation of the signals applied to the measuring output of the Uitraschallmesswandlers is reduced.
  • the invention proposes an ultrasonic measuring system for parking aids of vehicles, which is provided with
  • an ultrasonic transducer having a vibrating element which is selectively operable as both an ultrasonic sensor and an ultrasonic receiver
  • a transmitting drive and receiving signal processing unit connected to the ultrasonic transducer for exciting the vibrating element the ultrasonic transducer for transmitting ultrasonic waves for operation as an ultrasonic transmitter during a transmission interval and then deactivating the vibrating element of the ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves for its operation as an ultrasonic receiver during a receiving interval and for processing signals applied to a measuring output of the ultrasonic transducer, wherein the vibrating element according to Termination of its excitation during a decocking interval,
  • the transmit drive and receive signal processing unit comprises a bandpass filter for filtering the signals present during the decay interval and the receive interval at the measurement output of the ultrasonic transducer.
  • the band band of the bandpass filter (30) is optionally switchable to a larger first band width or a smaller second band width value and set to the larger first band width value during a first phase beginning at the beginning of the decay interval and after the first one has expired Phase is set to at least the end of the subsequent to the Ausschwingintervall receiving interval to the smaller second bandwidth value,
  • the transmission drive and receive signal processing unit has a signal spectrum comparator for comparing the signal level of the signal applied to the measurement output of the ultrasonic transducer with a threshold value and the first phase in which the bandwidth of the bandpass filter is set to the larger first bandwidth value is completed when the signal level of during the swing-out interval at the measurement output of the ultrasonic transducer is less than the threshold value, that a signal curve signal which can be generated from the signal applied to the measurement output of the ultrasound transducer is deliverable to the signal comparator;
  • the signal spectrum comparator is preceded by a low-pass filter with switchable cut-off frequency, which is at least during the first phase, in which the bandwidth of the bandwidth filter is set to the larger first bandwidth value to a lower first corner frequency value and after the first phase until at least the end of the decay interval subsequent reception interval is set to a higher second corner frequency value.
  • the invention thus proposes a special filter for processing the signal at the output of the ultrasonic transducer during a decay interval and the subsequent reception interval.
  • the special feature of this filter is that it is designed as a band-pass filter with an optionally variable bandwidth.
  • the bandwidth of the bandpass filter is set to a larger first value.
  • the bandwidth of the bandpass filter is switched, to a smaller second value.
  • the bandwidth conversion of the bandpass filter provided according to the invention ensures that the signal dips in the demodulated received signal no longer appear at the measuring output of the ultrasound transducer. Since the bandpass filter with a larger first bandwidth in the evaluation of the signal at the measuring output of the ultrasonic transducer for Detection of echo signals would be disadvantageous, the bandpass signal according to the invention switched from a certain time of the decay intervalls according to the invention to a smaller second bandwidth.
  • the length of the first phase of a Ausschwingintervalls can be done, for example, time-controlled and is thus defined by a predetermined period of time.
  • the transmit drive and receive signal processing unit of the ultrasound measurement system has a signal level comparator which compares the signal level of the signal present at the measurement output of the ultrasound transducer with a floating value.
  • the first phase is completed when the signal level of the signal present at the measuring output of the ultrasonic measuring transducer during a decay interval is less than the threshold value.
  • the signal level comparison is carried out on the basis of the demodulated measuring signal of the ultrasonic measuring transducer.
  • the signal is demodulated or rectified at the measuring output of the ultrasonic measuring transducer and then filtered with the aid of a low-pass filter, wherein the low-pass filter expediently has a switchable corner frequency.
  • the low-pass filter expediently has a switchable corner frequency.
  • the low pass filter has a lower first cutoff frequency.
  • both the bandpass filter to the smaller second bandwidth and the low-pass filter are then set to a higher second corner frequency.
  • the output signal of the ultrasonic transducer is transmitted substantially undisturbed, while given as a result of the decay noise and / or a possibly still existing Restweiltechnik muffled.
  • the evaluation of the output signal of the ultrasonic transducer, as regards the detection of echoes reliable possible.
  • FIG. 1 shows schematically and as a block diagram the structure of an ultrasonic measuring system with ultrasonic transducer and with this connected Sendean Weg- and received signal processing unit and a unit for determining distance
  • FIG. 2 shows an example of the signal course at the (measuring) output of the ultrasonic transducer during a transmission interval, a subsequent decay interval and a subsequent reception interval, a representation of the circuit components of the ultrasonic transducer
  • 4 shows a measuring curve for the representation of the changing frequency of the oscillating element during the successive transmitting, decaying and receiving intervalls
  • FIG. 5 shows the measured signal course at the (measuring) output of the ultrasonic measuring transducer when using the switchable bandpass filter
  • the ultrasonic measuring system 10 has an ultrasonic transducer (transducers) 12, which has a vibrating element indicated at 14.
  • the (measurement) output 16 of the ultrasonic transducer 12 is connected to a transmission drive and receive signal processing unit 18.
  • the unit 18 has a drive circuit 20, which supplies this energy for exciting the oscillating element 14 during a transmission interval via the output 16 of the ultrasonic transducer 12.
  • the signal (received signal) applied to the output 16 of the ultrasonic transducer 12 upon completion of a transmission interval is processed within the unit 18 by a received signal processing circuit 22. Thereafter, the processed signal passes to a further evaluation unit 24, in which, based on the detected echoes in the received signal, a distance of the echoes generating obstacles, at which the ultrasonic waves have been reflected, is determined.
  • the problem addressed by the invention results from the fact that the ultrasonic measuring transducer 12 has two coupled oscillating circuits, namely a transformer 26 and the resonant circuit 27 comprising the oscillating element 14. This situation is shown in FIG.
  • Part of the one resonant circuit are the secondary coil LT of the transformer 26 and the capacitance CP, while the resonant circuit coupled to the oscillating element 14 L0 and the capacitance CO belong to the second resonant circuit. Even with mathematically exact coordination of the individual circuits, the entire system, ie the ultrasonic transducer 12, has two different natural frequencies.
  • FIG. 2 An example of the signal profile at the output 16 of the ultrasonic transducer 12 during a transmission interval, a decay interval and a reception interval is shown in FIG. 2.
  • the output 16 of the ultrasonic transducer 12 is supplied with a signal from the drive circuit 20, which generates a transmission burst that excites the vibration element 14 so that it vibrates to generate ultrasonic waves.
  • a decay interval follows, within which the oscillation element oscillates.
  • the reception interval follows, within which the oscillation element 14 receives reflected (or other) ultrasonic signals.
  • the ultrasonic measuring transducer transmits the ultrasonic waves, for example, at a frequency of 50 kHz.
  • the decay frequency is higher than the transmission frequency.
  • the measurement signal after amplification in an amplifier 28 of the received signal processing circuit 22, is bandpass filtered as narrow as possible by means of a bandpass filter 30 filtered.
  • This bandwidth which is for example ⁇ 2 kHz, is chosen for an optimized signal-to-noise ratio during reception. Increasing this bandwidth would fundamentally solve the problem that, as shown in FIG. 2, during the decay interval in the signal at the output 16 of the ultrasonic transducer burglaries occur, but would result in a significantly poorer signal to noise ratio.
  • the bandwidth of the bandpass filter 30 is set to a larger value, for example ⁇ 8 kHz, at least during a first phase of the decay interval.
  • the duration of this first phase of the decay interval may be predetermined. However, it is advantageous to choose the duration of this first phase as a function of the signal level of the envelope of the signal at the output 16 of the ultrasonic transducer 12. This requires a signal level comparator 32, which compares the received signal with a reference level.
  • the envelope signal of the output signal of the ultrasonic transducer 12 is generated by demodulation by, for example, rectifying the signal by a rectifier 34.
  • the level of the envelope signal has fallen by, for example, 50%, it is possible to switch over from the larger bandwidth of the bandpass filter, which, incidentally, can also be set during the transmission interval, to the smaller bandwidth.
  • the noise signal component in the output signal of the ultrasonic transducer is greater than at low bandwidth, thus created by the demodulation and appropriate for the further processing of the envelope signal filtering in a low-pass filter 36 undesirably in the signal an offset DC component, the "narrow" bandwidth of the Bandpass filter 30 is significantly reduced.
  • the low pass filter 36 has a switchable corner frequency, which may be at high bandwidth of the bandpass filter 30 at, for example, 4 kHz and increased to 16 kHz when the bandpass filter is switched to the smaller bandwidth.
  • both the bandwidth of the bandpass filter 30 and the cutoff frequency of the low-pass filter 36 are switched over aiso.
  • the signal at the output 16 of the ultrasound transducer 12 during the Ausschwingintervalls drops, so that during the Ausschwingintervalls the output signal of the ultrasonic transducer 12 could be misinterpreted insofar as the reception of a reflected Ultraschallwelie as attributable to a close obstacle echo could be accepted.
  • This phenomenon is shown in Fig. 2, wherein on the x-axis of Fig. 2 the time has been transformed into distance.
  • the signal at the output 16 of the ultrasonic transducer 12 should not be suppressed or suppressed. Therefore, according to the invention, the above-described band width switching of the bandpass filter and, if the switching time is level-dependent, the switching of the corner frequency of the low-pass filter provided.
  • FIGS. 5 and 6 The signal technical result of this invention provided for switching is shown in FIGS. 5 and 6 to recognize. It can be seen from FIG. 5 that, for the duration of the first phase of the decay interval, there are no dips in the output signal of the ultrasonic transducer 12. At Umschaltzeittician is then switched during the Ausschwingintervalls on the narrower bandwidth of the bandpass filter 30 and the higher corner frequency of the low-pass filter 36.
  • Fig. 6 shows the three measured curves in comparison. The measured curve shown as a solid line represents the situation according to FIG. 2, according to which neither a bandwidth change in bandpass filter 30 nor a corner frequency changeover in low-pass filter 36 takes place.
  • the dashed line represents the waveform with the previously described bandwidth switching in the bandpass filter 30 and without corner frequency switching of the Wegpassfiiters 36. It can be seen an increased offset signal component at the end of Ausschwingintervall and during the reception interval. Finally, the dotted line shows the waveform using the bandwidth switch in the bandpass filter 30 and the corner frequency in the low-pass filter 36.

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Abstract

Das Ultraschallmesssystem (10) für Parkhilfen von Fahrzeugen ist versehen mit einem ein Schwingelement (14) aufweisenden Ultraschallmesswandler (12), der wahlweise sowohl als Ultraschallsensor als auch als Ultraschallempfänger betreibbar ist. Der Ultraschallmesswandler (12) ist verbunden mit einer Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit (18) zur Anregung des Schwingelements (14) des Ultraschallmesswandlers (12) zum Aussenden von Uitraschallwellen für den Betrieb als Ultraschallsender während eines Sendeintervalls und zur anschließenden Deaktivierung des Schwingelements (14) des Ultraschallmesswandlers (12) zum Empfangen von Ultraschallwellen für dessen Betrieb als Ultraschallempfänger während eines Empfangsintervalls und zur Verarbeitung von an einem Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signalen, wobei das Schwingelement (14) nach Beendigung seiner Anregung während eines Ausschwingintervalls ausschwingt. Die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit (18) weist ein Bandpassfilter (30) zur Filterung der während des Ausschwingintervalls und des Empfangsintervalls am Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signale auf. Die Bandbreite des Bandpassfilters (30) ist ab Beginn eines Ausschwingintervalls während zumindest einer ersten Phase des Ausschwingintervalls von einem größeren ersten Wert auf einen kleineren zweiten Wert nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls umschaltbar.

Description

Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen.
Abstandsmesssysteme für Fahrzeuge, die den Abstand eines Fahrzeuges zu potentiellen in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Objekten o.dgi. Hindernisse während eines Rangiervorgangs ermitteln, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, Derartige Abstandsmesssysteme arbeiten zumeist auf Ultraschallbasis und weisen im Regelfall einen Ultraschali- messwandler auf, der wahlweise als Ultraschallsender oder als Ultraschall- empfänger betreibbar ist Dabei wechseln sich während des Betriebs des Ultraschallmesswandlers Sende- und Empfangsintervalle ab. Mit Beendigung eines Sendeintervalls sollte der Uitraschalimesswandler direkt als Empfänger betrieben werden können, um nämlich das am Uitraschalimesswandler anliegende Messsignal unmittelbar verarbeiten zu können. Nach dem Abschalten des Ultraschaläsendesignais, bei dem es sich um einen sogenannten Sendeburst handelt, schwingt das Schwingeiement des Ultraschallmesswandlers allerdings noch für eine gewisse Zeit nach (Ausschwingintervall), und zwar auf einer anderen, in der Regel geringfügig höheren Frequenz als der Sendefrequenz. Diese Ausschwingfrequenz fällt je nach Typ des Ultraschallmesswandlers und den Fertigungstoleranzen nicht mehr in das für den optimalen Empfang vorgesehene Bandpassfilter der Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungs- einheit des Ultraschallmesssystems. Als Resultat entstehen starke Einbrüche im demodulierten Signal (Hüilkurve) am Messausgang des Ultraschallmesswandlers, die von der Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungsein- heit a!s nahe Echos erkannt werden. Dies ist unerwünscht und führt zu nicht korrekten Abstandsrnessungen bzw. der Signalisierung von Hindernissen in unmittelbarer Nähe des Fahrzeuges, die tatsächlich nicht vorhanden sind. Eine Abhilfemaßnahme für die o.g. Unzulänglichkeit wäre das Stummscha!ten des Uitraschallmesswandlers bzw. die Nichtberücksichtigung des am Messausgang des Uitraschallmesswandlers anliegenden Signals für einen bestimmten Zeitraum ab Beendigung des durch die Anregung des Schwingelements des Uitraschallmesswandlers bestimmten Sendeintervalls. Nachteilig bei dieser Maßnahme ist allerdings, dass dann eine Funktionskontrolle des Uitraschallmesswandlers für diesen Zeitraum nicht mehr möglich ist. Alternativ könnte man auch ein Bandpassfilter mit einer größeren Bandbreite einsetzen, was allerdings mit einem verschlechterten Signal-Rausch-Abstand und einer erhöhten Störempfindiichkeit erkauft wird.
Aus US-A-4 451 909 ist ein Uitraschallmessssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Weitere Ultraschallmesssysteme sind aus DE-A-10 2008 041 894 und DE-A-10 2005 023 696 bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen zu schaffen, bei dem die Gefahr der fehlerhaften Interpretation der am Messausgang des Uitraschallmesswandlers anliegenden Signale reduziert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen vorgeschlagen, das versehen ist mit
einem ein Schwingelement aufweisenden Ultraschallmesswandler, der wahlweise sowohl als Ultraschaiisensor als auch als Ultraschaliempfänger betreibbar ist, und
- einer mit dem Ultraschallmesswandler verbundenen Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit zur Anregung des Schwingelements des Ultraschallmesswandlers zum Aussenden von Ultraschaliwellen für den Betrieb als Ultraschallsender während eines Sendeintervalls und zur anschließenden Deaktivierung des Schwingelements des Ultraschallmesswandlers zum Empfangen von Ultraschaliwellen für dessen Betrieb als Ultraschallempfänger während eines Empfangsintervalls und zur Verarbeitung von an einem Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signalen, wobei das Schwingelement nach Beendigung seiner Anregung während eines Ausschwingintervalls ausschwingt,
wobei die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit ein Bandpassfilter zur Filterung der während des Ausschwingintervalls und des Empfangsintervalls am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signale aufweist.
Bei diesen Ultraschallmesssystemen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bandbrette des Bandpassfilters (30) wahlweise auf einen größeren ersten Bandbreiten wert oder einen kleineren zweiten Bandbreitenwert umschaltbar ist und während einer spätestens mit dem Ausschwingintervalls beginnenden ersten Phase auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls auf den kleineren zweiten Bandbreitenwert eingestellt ist,
dass die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit einen Signalpegeikomparator zum Vergleich des Signalpegels des am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signals mit einem Schwellwert aufweist und die erste Phase, in der die Brandbreite des Bandpassfilters auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, abgeschlossen ist, wenn der Signalpegel des während des Ausschwingintervalls am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signals kleiner als der Schwellwert ist, dass dem Signa!pegelkomparator ein Hüükurvensignal zuführbar ist, das aus dem am Messausgang des Ultraschailmesswandlers anliegenden Signals erzeugbar ist, und
dass dem Signalpegeikomparator ein Tiefpassfilter mit umschaltbarer Eckfrequenz vorgeschaltet ist, die zumindest während der ersten Phase, in der die Bandbreite des Bandbreitenfilters auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, auf einen niedrigeren ersten Eckfrequenzwert und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls auf einen höheren zweiten Eckfrequenzwert eingestellt ist.
Mit der Erfindung wird also ein spezielles Filter für die Verarbeitung des Signals am Ausgang des Ultraschallmesswandlers während eines Ausschwingintervalis und des sich anschließenden Empfangsintervalls vorgeschlagen. Die Besonderheit dieses Filters besteht darin, dass es als Bandpassfilter mit wahlweise veränderbarer Bandbreite ausgelegt ist. Während zumindest einer ersten Phase des Ausschwingintervalls ab dessen Beginn ist die Bandbreite des Bandpassfilters auf einen größeren ersten Wert eingestellt, Alternativ ist es möglich, dass Bandpassfilter auch bereits während des dem Ausschwingintervall vorhergehenden Sendeintervalls auf den größeren ersten Wert einzustellen. Nach Ablauf der ersten Phase des Ausschwingintervalls bis zumindest zum Ende des sich anschließenden Empfangsintervalls wird die Bandbreite des Bandpassfilters umgeschaltet, und zwar auf einen kleineren zweiten Wert.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Bandbreitenumstellung des Bandpassfilters wird erreicht, dass die Signaleinbrüche im demodulierten Empfangssignal am Messausgang des Ultraschailmesswandlers nicht mehr in Erscheinung treten. Da das Bandpassfilter mit größerer erster Bandbreite bei der Auswertung des Signals am Messausgang des Ultraschailmesswandlers zur Detektion von Echosignalen nachteilig wäre, wird das Bandpasssignal ab einem gewissen Zeitpunkt des Ausschwingintervails erfindungsgemäß auf eine kleinere zweite Bandbreite umgeschaltet. Die Länge der ersten Phase eines Ausschwingintervalls kann beispielsweise zeitgesteuert erfolgen und ist somit durch eine vorgebbare Zeitspanne definiert. Nach Ablauf dieser vorgebbaren Zeitspanne ist die erste Phase eines Einschwingintervalls beendet und es erfolgt die Bandbreitenumstellung des Bandpassfilters vom größeren ersten Wert auf den kleineren zweiten Wert. Dieser Umschaitungszeitpunkt ist jedoch erfindungsgemäß durch die Amplitude bzw. den Pegel des Empfangssignals am Ausgang des Ultraschailmesswandiers bestimmt. Hierzu weist die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbei- tungseinheit des erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems einen Signalpegelkomparator auf, der den Signalpegel des am Messausgang des Ultraschailmesswandiers anliegenden Signals mit einem Schweilwert vergleicht. Die erste Phase ist abgeschlossen, wenn der Signalpegel des während eines Ausschwingintervalls am Messausgang des Ultraschailmesswandiers anliegenden Signals kleiner als der Schwellwert ist. Nach der Erfindung erfolgt der Signalpegelvergleich anhand des demodulierten Messsignals des Ultraschailmesswandiers. Hierzu wird das Signal am Messausgang des Ultraschailmesswandiers demoduliert bzw. gleichgerichtet und anschließend mit Hilfe eines Tiefpassfilters gefiltert, wobei das Tiefpassfilter zweckmäßigerweise eine umschaltbare Eckfrequenz aufweist. Während der ersten Phase eines Ausschwingintervalls, in der die Bandbreite des Bandpassfilters den größeren ersten Wert aufweist, weist das Tiefpassfilter eine niedrigere erste Eckfrequenz auf. Nach Ablauf der ersten Phase werden dann sowohl das Bandpassfilter auf die kleinere zweite Bandbreite als auch das Tiefpassfilter auf eine höhere zweite Eckfrequenz eingestellt. Hierdurch werden auf Rauschsignalanteile zurückzuführende Offset-Anteile im Signal am Messausgang des Uitraschallmesswandlers während eines Empfangsintervalls reduziert.
Durch die erfindungsgemäße Umschaltung der Bandbreite des Bandpassfilters von der größeren Bandbreite auf die kleine Bandbreite bei gleichzeitiger Umschaltung der Eckfrequenz des Tiefpassfilters von der kleineren Eckfrequenz auf die größere Eckfrequenz wird das Ausgangssignals des Ultraschallwandlers im Wesentlichen ungestört übertragen, während ein infolge des Ausschwingvorgangs gegebenes Rauschen und/oder eine ggf. noch vorhandene Restweiligkeit gedämpft. Somit ist die Auswertung des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers, was die Detektion von Echos betrifft, zuverlässiger möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
Fig. 1 schematisch und als Blockschaltbild den Aufbau eines Ultraschallmesssystems mit Ultraschallmesswandler und mit diesem verbundener Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit sowie einer Einheit zur Entfernungsbestimmung,
Fig. 2 ein Beispiel für den Signalverlauf am (Mess-)Ausgang des Ultraschallmesswandlers während eines Sendeintervalls, eines sich anschließenden Ausschwingintervalls und eines sich an dieses anschließenden Empfangsintervalls, eine Darstellung der schaltungstechnischen Komponenten des Ultraschallmesswandlers, Fig. 4 eine Messkurve zur Darstellung der sich verändernden Frequenz des Schwingelements während der aufeinanderfolgenden Sende-, Ausschwing- und Empfangsintervatle, Fig. 5 den gemessenen Signalverlauf am (Mess-)Ausgang des Ultraschail- messwandlers bei Einsatz des umschaltbaren Bandpassfilters und
Fig. 6 ein Vergleich der Hüllkurven des Signals am Ausgang des Ultraschallmesswandlers mit und ohne Umschaltung der Bandbreite des Band- passfilters und zur Motivation des bezüglich seiner Eckfrequenz umschaltbaren Tiefpassfiiters,
Fig. 1 zeigt die im Rahmen der Erfindung wesentlichen Komponenten eines Ultraschallmesssystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung- Das Ultraschallmesssystem 10 weist einen Ultraschallmesswandler (Trans- ducer) 12 auf, der ein bei 14 angedeutetes Schwingelement aufweist. Der (Mess-)Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 ist mit einer Sende- ansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit 18 verbunden. In dieser Einheit 18 erfolgt die aktive Ansteuerung des Ultraschallmesswandlers 12 und damit des Schwingelements 14 zur Aussendung bei Ultraschallwellen. Hierzu weist die Einheit 18 eine Ansteuerschaltung 20 auf, die während eines Sendeintervalls über den Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 diesem Energie zum Anregen des Schwingelements 14 zuführt. Das mit Beendigung eines Sendeintervalls am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 anliegende Signal (Empfangssignal) wird innerhalb der Einheit 18 durch eine Empfangssignalverarbeitungsschaltung 22 verarbeitet. Danach gelangt das verarbeitete Signal zu einer weiteren Auswerteeinheit 24, in der anhand der detektierten Echos im Empfangssignal eine Entfernung der die Echos erzeugenden Hindernisse, an denen die Ultraschallwellen reflektiert worden sind, ermittelt wird. Die Problematik, mit der sich die Erfindung beschäftigt, resultiert daraus, dass der Ultraschalimesswandier 12 zwei gekoppelte Schwingkreise aufweist, und zwar einen Transformator 26 und den das Schwingelement 14 umfassenden Schwingkreis 27. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 gezeigt. Bestandteil des einen Schwingkreises sind die Sekundärspule LT des Transformators 26 und die Kapazität CP, während zum zweiten Schwingkreis die mit dem Schwingelement 14 gekoppelte Induktivität L0 und die Kapazität CO gehören. Selbst bei mathematisch exakter Abstimmung der Einzelkreise hat das Gesamtsystem, also der Ultraschallmesswandler 12, zwei unterschiedliche Eigenfrequenzen .
Ein Beispiel für den Signalverlauf am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 während eines Sendeintervalls, eines Ausschwingintervails und eines Emp- fangsintervalls ist in Fig. 2 gezeigt. Während des Sendeintervalls wird dem Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 von der Ansteuerschaltung 20 ein Signal zugeführt, das einen Sendeburst erzeugt, der das Schwingelement 14 anregt, so dass dieses zur Erzeugung von Ultraschallwellen schwingt. Nach Deaktivierung dieser Ansteuerung am Ende der Sendephase schließt sich ein Ausschwingintervall an, innerhalb dessen das Schwingelement ausschwingt. Nach dem Ausschwingintervall schließt sich der Empfangsinterall an, innerhalb dessen das Schwingelement 14 reflektierte (oder auch andere) Ultraschallsignale empfängt. Der Ultraschalimesswandier sendet die Ultraschallwellen beispielsweise mit einer Frequenz von 50 kHz. Auf Grund des Aufbaus des Ultraschallmesswandlers 12 in Form zweier gekoppelter Schwingkreise verändert sich dessen Eigenfrequenz in dem Ausschwingintervall, Versuche haben gezeigt, dass die Ausschwingfrequenz höher ist als die Sendefrequenz. Dieses Phänomen ist in Fig. 4 gezeigt. Damit die Auswertung des Empfangssignals am Ultraschallmesswandler 12 nicht durch nicht auf die efiektion von zuvor ausgesendeten Ultraschal!wel!en zurückzuführende Echos gestört wird, wird das Messsignal nach einer Verstärkung in einem Verstärker 28 der Empfangssignalverarbeitungsschaltung 22 einer möglichst schmalbandigen Bandpassfilterung mittels eines Bandpassfii- ters 30 gefiltert. Diese Bandbreite, die beispielsweise ± 2 kHz beträgt, ist für einen optimierten Rauschabstand während des Empfangs gewählt. Eine Vergrößerung dieser Bandbreite würde das Problem, dass nämlich, wie in Fig. 2 gezeigt, während des Ausschwingintervalls im Signal am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers Einbrüche zu verzeichnen sind, grundsätzlich lösen, hätte aber einen deutlich schlechteren Rauschabstand zur Folge.
Daher wird erfindungsgemäß die Bandbreite des Bandpassfilters 30 zumindest während einer ersten Phase des Ausschwingintervalls auf einen größeren Wert, beispielsweise ± 8 kHz eingestellt Die Zeitdauer dieser ersten Phase des Ausschwingintervalls kann vorgegeben sein. Vorteilhaft ist es aber, die Dauer dieser ersten Phase in Abhängigkeit von dem Signalpegel der Hüllkurve des Signals am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 zu wählen. Dazu bedarf es eines Signalpegelkomparators 32, der das Empfangssignal mit einem Refe- renzpegel vergleicht. Das Hüllkurvensignal des Ausgangssignals des Ultraschallmesswandlers 12 wird durch Demoduiation erzeugt, indem beispielsweise das Signal durch einen Gleichrichter 34 gleichgerichtet wird. Ist nun der Pegel des Hüllkurvensignals um beispielsweise 50 % gefallen, so kann von der größeren Bandbreite des Bandpassfilters, die im Übrigen auch während des Sendeintervalls eingestellt sein kann, auf die kleinere Bandbreite umgeschaltet werden. Bei größerer Bandbreite ist der Rauschsignalanteil im Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers größer als bei kleiner Bandbreite, Damit entsteht durch die Demoduiation und eine für die weitere Verarbeitung des Hüllkurvensignals zweckmäßige Filterung in einem Tiefpassfilter 36 unerwünschterweise im Signal ein Offset-Gleichanteil, der bei "schmaler" Bandbreite des Bandpassfilters 30 deutlich reduziert ist. Das Tiefpassfilter 36 weist eine umschaltbare Eckfrequenz auf, die bei großer Bandbreite des Bandpassfilters 30 bei beispielsweise 4 kHz liegen kann und auf 16 kHz erhöht wird, wenn das Bandpassfilter auf die kleinere Bandbreite umgeschaltet wird. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Signalpegelkomparators 32 wird aiso sowohl die Bandbreite des Bandpassfilters 30 als auch die Eckfrequenz des Tiefpassfilters 36 umgeschaltet.
Wie oben bereits beschrieben, weist das Signal am Ausgang 16 des Ultra- schallmesswandlers 12 während des Ausschwingintervalls Einbrüche auf, so dass während des Ausschwingintervalls das Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers 12 insofern fehlinterpretiert werden könnte, als der Empfang einer reflektierten Ultraschallwelie als auf ein nahes Hindernis zurückzuführendes Echo angenommen werden könnte. Dieses Phänomen ist in Fig. 2 gezeigt, wobei auf der x-Achse der Fig. 2 die Zeit in Entfernung transformiert worden ist. Um jedoch während des gesamten Ausschwingintervalls sowohl Funktions- als auch Plausibilitätsüberprüfungen durchführen zu können, sollte das Signal am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 nicht ausgeblendet bzw. unterdrückt werden. Daher sind nach der Erfindung die zuvor beschriebene Band- breitenumschaltung des Bandpassfilters und, sofern der Umschaltzeitpunkt pegelabhängig ist, die Umschaltung der Eckfrequenz des Tiefpassfilters vorgesehen.
Das signaltechnische Ergebnis dieser erfindungsgemäß vorgesehenen Um- Schaltung ist in den Fign. 5 und 6 zu erkennen. Anhand von Fig. 5 ist zu erkennen, dass sich nun für die Dauer der ersten Phase des Ausschwingintervalls keinerlei Einbrüche im Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers 12 zeigen. Zum Umschaltzeitpunkt wird dann während des Ausschwingintervalls auf die schmalere Bandbreite des Bandpassfilters 30 sowie die höhere Eckfrequenz des Tiefpassfilters 36 umgeschaltet. Fig. 6 zeigt die drei Messkurven im Vergleich. Die als durchgezogene Linie dargestellte Messkurve stellt die Situation gemäß Fig. 2 dar, wonach weder eine Bandbreitenumschaltung im Bandpassfiiter 30 noch eine Eckfrequenzumschaltung im Tiefpassfilter 36 erfolgt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Signalverlauf mit der zuvor beschriebenen Bandbreitenumschaltung im Bandpassfilter 30 und ohne Eckfrequenzumschaltung des Tiefpassfiiters 36. Zu erkennen ist ein erhöhter Offset-Signalanteil zum Ende des Ausschwingintervalls und während des Empfangsintervalls. Schließlich zeigt die strichpunktierte Linie den Signalverlauf unter Verwendung der Bandbreitenumschaltung im Bandpassfilter 30 und der Eckfrequenzumschaltung im Tiefpassfilter 36. Durch die Umschaltung einerseits der Bandbreite des Bandpassfilters 30 von "breit" auf "schmal" und andererseits der Eckfrequenz des Tiefpassfiiters 36 kann der Offset-Signalanteil während des Empfangsintervalls deutlich reduziert werden, was wiederum von Vorteil ist, wenn es um die Einstellung der Echoschwelle geht, mit der sich empfangene, zuvor ausgesendete und an einem Hindernis reflektierte Ultraschallwellen geht.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen, mit
einem ein Schwingelement (14) aufweisenden Ultraschallmesswandler (12), der wahlweise sowohl als Ultraschallsensor als auch als Ultraschallempfänger betreibbar ist, und
einer mit dem Ultraschallmesswandler (12) verbundenen Sende- ansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit (18) zur Anregung des Schwingelements (14) des Ultraschallmesswandlers (12) zum Aussenden von Ultraschallwellen für den Betrieb als Ultraschallsender während eines Sendeintervalls und zur anschließenden Deaktivierung des Schwingelements (14) des Ultraschallmesswandlers (12) zum Empfangen von Ultraschallwellen für dessen Betrieb als Ultraschallempfänger während eines Empfangsintervalls und zur Verarbeitung von an einem Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signalen, wobei das Schwingelement (14) nach Beendigung seiner Anregung während eines Ausschwingintervalls ausschwingt,
wobei die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit (18) ein Bandpassfilter (30) zur Filterung der während des Aus- schwingintervafls und des Empfangsintervalls am Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signale aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bandbreite des Bandpassfilters (30) wahlweise auf einen größeren ersten Bandbreitenwert oder einen kleineren zweiten ßandbreitenwert umschaltbar ist und während einer spätestens mit dem Ausschwingintervalls beginnenden ersten Phase auf den größeren ersten Band breiten wert eingestellt und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls auf den kleineren zweiten Bandbreitenwert eingestellt ist,
dass die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit (18) einen Signalpegelkomparator (32) zum Vergleich des Signalpegeis des am Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signals mit einem Schwellwert aufweist und die erste Phase, in der die Brandbreite des Bandpassfilters (30) auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, abgeschlossen ist, wenn der Signalpege) des während des Ausschwingintervails am Messausgang (16) des Ultraschallmesswandlers (12) anliegenden Signals kleiner als der Schwellwert ist,
dass dem Signalpegelkomparator (32) ein Hüllkurvensignal zuführbar ist, das aus dem am Messausgang (16) des Ultraschalimesswandlers (12) anliegenden Signals erzeugbar ist, und
dass dem Signalpegelkomparator (32) ein Tiefpassfiiter (36) mit umschaltbarer Eckfrequenz vorgeschaltet ist, die zumindest während der ersten Phase, in der die Bandbreite des Bandbreitenfilters (30) auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, auf einen niedrigeren ersten Eckfrequenzwert und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervali anschließenden Empfangsintervalls auf einen höheren zweiten Eckfrequenzwert eingestellt ist.
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