WO2018206476A1 - Betriebsverfahren und steuereinheit für eine ultraschallsendeempfangseinrichtung, ultraschallsendeempfangseinrichtung und arbeitsvorrichtung - Google Patents

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counter
ultrasound transceiver
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Thomas Treptow
Dirk Schmid
Michael Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • An ultrasound transceiver an ultrasound transceiver, and a work device
  • the present invention relates to an operation method and a control unit for an ultrasonic transceiver, a
  • Ultrasound transceiver device as such and a working device and in particular a vehicle.
  • ultrasound transceivers In the field of mobile working devices and in particular in the vehicle sector, more and more use is made of ultrasound transceivers. These often serve the environment detection, for example to avoid collisions with objects located in the environment of a working device and in particular of a vehicle.
  • Ultrasonic transceiver with the features of independent claim 1 has the advantage that without knowing the specific vibration behavior of the vibrating system of an underlying ultrasound transceiver can be achieved with simple means in a reliable manner, an active damping.
  • This is inventively achieved with the features of claim 1, characterized in that an operating method for an ultrasonic transceiver is provided, in which (i) the ultrasound transceiver is alternatively and in particular alternately operated in a transmit mode and in a receive mode, (ii) the ultrasound transceiver (1) (iii) a phase position and / or an attenuation energy of the sequence of counter-control pulses are iteratively determined or adapted in such a way during a training, (iv) that a Measure of
  • Damping succession at least temporarily assumes an at least locally optimal value or approaches this value.
  • the operating method according to the invention is particularly advantageous if, according to a preferred embodiment, the phase position of the sequence of counter-control pulses is determined or adjusted by
  • the damping energy of the sequence of counter-control pulses can be determined, determined and / or adapted by various methods.
  • the damping energy is determined or adjusted by specifying or adjusting the number, the duration and / or the amplitude of the output during active damping or output counter control pulses, in particular via a setting or adjusting the course and / or the
  • Attenuation energy is determined or adjusted by specifying or adjusting the pulse width of a counter-control pulse last emitted during active damping. Another simplification can be achieved if, according to another
  • the damping energy is further determined or adjusted by specifying or adjusting the pulse width of a penultimate to be sent or sent
  • a measure of the damping success is determined over a period of time from the time of the end of a last drive pulse until the time of falling of the oscillation amplitude in the
  • Threshold in particular by minimization and / or by optimization.
  • a measure of the damping success is determined by determining an integral under or an oscillation signal or the envelope of the oscillation signal of the ultrasound transceiver and in particular one
  • Ultrasonic transceiver device from a start time to an end time at which value of the vibration signal or the envelope of the vibration signal has dropped below a predetermined threshold, in particular by minimization and / or by optimization.
  • the training method as such likewise offers manifold possibilities of adaptation of the operating method according to the invention.
  • a training is carried out at a first start of the underlying ultrasound transceiver device and / or at a restart after a service interruption or after a break in operation of the underlying
  • Ultrasound transceiver was carried out, so there are further advantages if - according to another embodiment - after training and especially during operation of the underlying
  • Damping energy can be readjusted as damping parameters in a control mode.
  • a training and / or a regular operation can be carried out by
  • phase position and / or the damping energy as a damping parameter initially each set with a coarse adjustment and subsequently each optionally set or adjusted with a fine adjustment, - the phase angle and / or the damping energy as attenuation parameter by means of interval halving in a search window in the respective
  • Parameter range can be set or adjusted
  • Incrementing in a search window in the respective parameter area are set or adjusted, and / or - after each setting or adjusting the phase angle and / or the
  • the present invention relates to a control device for a
  • An ultrasound transceiver set up
  • the subject of the present invention is a
  • the present invention also relates to a working device and in particular a vehicle, which with an inventive
  • ultrasound transceiver device for detecting an environment of the working device or the vehicle are formed.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an invention
  • FIG. 2 schematically shows a sequence of control pulses, followed by a sequence of counter-control pulses in their time course; schematically shows sequences of counter-control pulses with different damping energy, set over the pulse width of a final counter-control pulse;
  • FIGS. 4 and 5 show graphs for calculating a measure for the
  • FIGS. 7 to 9 are graphs illustrating a concrete one
  • FIG. 10 schematically illustrates aspects of a
  • FIG. 11 illustrates a type of flowchart
  • Embodiment for the regular operation Embodiment for the regular operation.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing, in the manner of a block diagram, an ultrasonic transceiver 1 formed according to the present invention.
  • This ultrasonic transceiver 1 has (i) a control unit 10 which is arranged, an embodiment of the present invention
  • a signal generating unit 20 (iii) an ultrasonic transducer 30, which can also be regarded as a vibratory element and / or as a sensor, and (iv) a detection unit 40, the latter being designed to determine the extent of a Damping success to detect the amplitude of the ultrasonic transducer 30 as a vibratory system.
  • the control unit 10 is connected via a first detection and control line 11 to the signal generation unit 20 and via a second detection and control line 12 to the detection unit 40 in order to detect their condition and to control their operation.
  • first to third detection and control lines 21, 22 and 23 the signal generating unit 20 on the one hand with the
  • the first and the second detection and control line 21 and 22 are used in the transmission mode of the control of the ultrasonic transducer 30 as a transmitter for the generation and emission of primary sound 31 in an environment 50 and on the other hand in the receiving operation of the detection of the ultrasonic transducer 30 received from secondary sound 32nd
  • the secondary sound 32 inter alia, at an object 53 in the environment 50 reflected sound, ie an echo of the object 53, have.
  • control unit 10 is set up, after a transmission operation or to a section of the transmission operation in which transmission pulses in the form of primary sound 31 are emitted by the ultrasonic transducer 30, to cause corresponding counter control pulses generated by the signal generation unit 20 and to the ultrasonic transducer 30 be forwarded to its originating from the broadcasting company
  • this vibration state of the ultrasonic transducer 30 can be detected by the detection unit 40, so as to achieve the damping success by acting on the
  • FIG. 2 schematically shows, in a graph, a sequence of control pulses 33, followed by a sequence of counter-control pulses 35 in their time profile with time t plotted on the abscissa. It can be seen that the beginning of the first counter-control pulse 35 with respect to the end of the last control pulse 33 is delayed with a time offset 37, whereby the phase position of the sequence of counter-control pulses 35 is defined with respect to the drive pulses 33.
  • the damping energy of the sequence of counter-control pulses 35 is determined at the same pulse height of the individual counter-control pulses 35 by the
  • Pulse width 38 For adjusting the damping energy is in particular the Pulse width 39 of the last counter control pulse 36 around the central position of the last counter control pulse 36 around reduced
  • FIG. 3 schematically shows a graph with sequences of counter-control pulses 35 with different damping energy, set over the pulse width 39 of a final counter-control pulse 36.
  • the time t is plotted on the abscissa.
  • the pulse widths 38 of the preceding counter-control pulses 35 and the pulse width 39 of the final counter-control pulse 36 are identical, while in the lower area of the figure, the pulse width 39 of the final counter-control pulse 36 is halved.
  • FIGS. 4 and 5 show graphs 55 for calculating a measure of the damping success.
  • the time t is plotted on the abscissa 56 and a measure of the amplitude A of the oscillatory system of the ultrasonic transducer 30 is plotted on the ordinate 57. Shown is a respective track 58 with individual measuring points 59.
  • the time t1 indicates the end of time of the last transmission pulse 33.
  • the time t2 indicates that the falling below a predetermined threshold As by the amplitude A.
  • the graph 55 according to FIG. 5 does not use a threshold value As for the amplitude A, but instead an integral value I below the track 58 between a start time t2-1 and an end time t2-2 of the integration and after the end t1 of the last transmit pulse 33 ,
  • FIG. 6 shows a graph 60 illustrating the damping success in active damping according to the present invention.
  • FIGS. 7 to 9 show graphs 70, 80 and 90 for illustration of a concrete training algorithm.
  • the graph 70 with offset 37 plotted on the abscissa 71 and with the amplitude of the oscillatory system of the ultrasonic transducer 30 plotted on the ordinate 72 shows a track 73 with individual measuring points 74 with a range 75 in the parameter space corresponding to a minimum of the amplitude A and thus corresponds to an optimum of attenuation.
  • the directions of arrows 76 and 77 indicate possible directions of optimization as the offset 37 changes during training, starting from a starting value.
  • a predetermined search range 76 in the form of a search window is traversed, for example, with a span of + - 4 or 6 ⁇ in steps of 2 ⁇ , which is interrupted after a two-fold increase or increase in the amplitude A in a direction of change of the offset.
  • the fine tuning of the offset 37 takes place, namely by means of conditional steps with 2 ⁇ increment and conditional steps with 1 ⁇ step in the change of the offset 37.
  • Figure 10 illustrates in a graph 100 the offset 37 plotted on the abscissa 101 and the damping energy plotted on the ordinate
  • FIG. 11 illustrates, in the manner of a flow chart, an embodiment of a method S for regular operation.
  • This method S consists of setting S1 of a threshold value for the attenuation result from successive steps S3 to S6 of FIG
  • Offset adjustment and an energy adjustment each with positive and negative increments of the respective parameter Offset or
  • S5-2 checks whether the number of repetitions corresponds to a maximum repetition number. If this is not the case, a renewed
  • Step S3-4, S4-4, S5-4, S6-4 the leading to the optimal attenuation result offset or the corresponding energy as a new optimizing value
  • Processing step that is from S3 to S4, from S4 to S5, from S5 to S6 or S6 to S1 changed.
  • oscillatory element 30 of an ultrasonic transceiver 1 is a detection of objects in the environment 50 one with a Ultrasound transceiver 1 equipped working device, for example, a vehicle, immediately after a transmission control not possible.
  • phase position of the so-called counter-control pulses as damping pulses is very important. This must be 180 ° for maximum damping success. Only slight deviations of the phase position lead to a loss of the damping success.
  • a precise adjustment of the parameters can be achieved by explicitly determining the phase and amplitude of the oscillation to be damped and with these values an instantaneous counter-oscillation is generated.
  • ultrasonic transducers 30 in the automotive sector transformers are used to generate the transmission voltages. These require an electrical circuit, which is also known as a parallel resonant circuit. The consequence of this wiring is that the phase and the amplitude of the mechanical
  • Vibration can not be determined by the receiving circuit and above methods for generating the counter-vibration can not be applied.
  • a key aspect of the present invention is (a) the nature of the counteracting relative to the desired damping energy, and (b) the specification of a training mode and a control mode S with determination of the damping energy and phase characteristic parameters that allow a damping optimum over the entire operating and Lifetime of an underlying sensor.
  • the damping energy can be varied by adaptation
  • the duration of the counter-damping pulses is changed so that the
  • Pulse width of the last counter-pulse is set around the central position to a maximum pulse width, as shown in connection with Figure 2 and 3.
  • the maximum pulse width is given by the period of the counter control frequency, which is defined by a default parameter. As the pulse width decreases, less damping energy is supplied. Should the
  • Damping energy can be further reduced, omitted in the scheme of the last pulse and the pulse width of the former penultimate pulse is varied accordingly.
  • the procedure can be continued up to the pulse width "0".
  • the phase position of the first counter-control pulse can be represented by a time measured in microseconds, wherein the time of the difference between the start of the counter-control pulse and the end of the last drive pulse can be defined from a transmission phase.
  • phase positions of the following counter-control pulses can be characterized in the same way. This results in a multi-dimensional
  • the damping success can be determined by measuring the Nachschwingdauer over a falling below a defined predetermined and possibly fixed threshold.
  • a disadvantage of this approach is that the decay can be superimposed with the echo of the object 53 when an object 53 is in the vicinity of an underlying sensor 30.
  • the attenuation success can be in dependence on the phase characterizing offset, hereinafter referred to as the parameter "offset”, and damping energy, hereinafter referred to as the parameter “energy” represent, as is explained in the illustration of Figure 6.
  • damping optima can only be achieved with a suitable combination of offset and energy.
  • Damping parameters are each newly determined at startup. This can be done by varying the parameters in the entire solution space and by determining the damping success. In order to keep the number of required attempts, ie the number of transmission pulses, as low as possible, the training is carried out in different steps or phases, for example with the steps
  • a basic idea of the algorithm is to vary each parameter individually and to change it in a first step first in large increments and starting from an initial start parameterization, then in a second step to fine-tune both parameters in small increments and finally the attenuation success without active Damping to compare, as set out in connection with Figures 7 to 10.
  • the parameter Offset is varied in large steps, typically 2 to 6 microseconds, at a predefined interval.
  • the damping performance is calculated after each shot and compared with the previous result.
  • the parameter is first varied in one direction - eg to larger values. If no damping success is recorded after two or another fixed finite number of steps, the parameter is changed in the other direction, ie, toward smaller values, and the damping result is determined. The process is repeated in one direction until, after two consecutive steps, there is no longer an improved damping effect or the predefined interval limit for the parameter has been reached.
  • the setting of the parameter with the largest damping success is stored.
  • the parameter setting of the largest damping success can be determined using the interval halving method.
  • three tests are always carried out according to the parameter combination EO-x, E0, EO + x.
  • the damping success is determined in each case and then the parameter position is repeated with the greatest attenuation success of the method with a half step size x / 2. These steps are repeated up to a predefined increment.
  • step (b) by means of interval bisection for the parameters energy and offset, the procedure is up to a predefined minimum step size.
  • the damping success is compared with a setting without active damping to determine the overall success.
  • FIG. 10 shows, by way of example, the parameter combinations which are traversed during training.
  • the training can be done either when the system is restarted in the vehicle or during operation.
  • each sensor 30 in the system can be initiated one at a time and with rapid firing - e.g. every 2 ms to 5 ms - pass through.
  • the sensor 30 is passed through with transmission pulses of different frequency coding, it is furthermore advantageous to carry out a training for each transmission pulse type.
  • Calculation methods are transmitted from one to the other send pulse type.
  • the damping parameters must be checked not only at the start of operation, but also during measuring operation, and adjusted if necessary.
  • both parameters are changed with very small increments.
  • the parameter combination to be tested is measured several times with a predefined number of passes or shots and only when a
  • the variation takes place step by step, ie initially only the offset parameter is slightly incremented and thus measured several times. If this new combination of parameters leads to a higher attenuation success, then the Parameter offset in this direction further incremented and the process repeated until no improvement in the damping success sets more. If no damping result can be determined, the parameter is decremented and the process is run through accordingly.
  • FIGS 2 and 3 describe the counter-control with active damping. After the end of the excitation, the oscillation is damped by means of counter-control pulses.
  • the phase position of the counter control pulses is determined by the time difference between the end of the drive and the beginning of the counter drive.
  • the damping energy results from the sum of the pulse widths of
  • Counter control pulses wherein in each case the last pulse is varied in its pulse width.
  • Reverberation time by falling below a predefined threshold is done by integral bonding.
  • FIG. 6 describes in the form of a graph 60 the damping success as optimum or minimum in the active damping as a function of FIG
  • the circled areas 63 denote the optima or minima with a high degree
  • FIGS. 7 to 9 illustrate an embodiment of the training algorithm according to the invention for the training of the damping parameters energy
  • FIG. 10 in conjunction with a graph 100, illustrates the parameter combinations passed through during a training in the training algorithm for the parameters energy and offset with the starting values 105 and 106 for the offset or for the energy.
  • Figure 1 1 shows schematically a method S and an algorithm for

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1), bei welchem (i) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) alternativ und insbesondere alternierend in einem Sendebetrieb und in einem Empfangsbetrieb betrieben wird, (ii) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) anschließend an einen Sendebetrieb und/oder vor einem Empfangsbetrieb durch Beaufschlagen mit einer Folge von Gegensteuerpulsen aktiv gedämpft wird, (iii) eine Phasenlage und/oder eine Dämpfungsenergie über ein Training iterativ derart bestimmt oder angepasst werden, (iv) dass ein Maß des Dämpfungserfolges zumindest temporär einen zumindest lokal optimalen Wert annimmt oder sich diesem Wert annähert.

Description

Beschreibung
Titel
Betriebsverfahren und Steuereinheit für eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung, Ultraschallsendeempfangseinrichtung und Arbeitsvorrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren und eine Steuereinheit für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung, eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung als solche sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug.
Im Bereich mobiler Arbeitsvorrichtungen und insbesondere im Fahrzeugbereich finden vermehrt Ultraschallsendeempfangseinrichtungen Einsatz. Diese dienen häufig der Umfelderkennung, zum Beispiel zur Vermeidung von Kollisionen mit im Umfeld einer Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs befindlichen Objekten.
Beim Einsatz von Ultraschallwandlern als sendendes und als empfangendes Element kommen bei deren Betrieb vermehrt Betriebsverfahren mit aktiver Dämpfung zum Einsatz. Dabei werden jedoch häufig zusätzliche Maßnahmen und zu deren Verwirklichung entsprechende Aggregate notwendig, mit deren Hilfe über entsprechende Mess- und Regelverfahren Parameter zur Ansteuerung von Gegenpulsen für die Dämpfung zur Erzielung eines möglichst großen Dämpfungserfolges angepasst werden. Dies ist mit einem erhöhten apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand verbunden, wobei Betriebsparameter des schwingenden Systems, wie Amplitude oder Phasenlage, vorab bestimmt und überwacht werden.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ohne Kenntnis des konkreten Schwingungsverhaltens des schwingendem Systems einer zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit einfachen Mitteln in zuverlässiger weise eine aktive Dämpfung erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass ein Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung geschaffen wird, bei welchem (i) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung alternativ und insbesondere alternierend in einem Sendebetrieb und in einem Empfangsbetrieb betrieben wird, (ii) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) anschließend an einen Sendebetrieb und/oder vor einem Empfangsbetrieb durch Beaufschlagen mit einer Folge von Gegensteuerpulsen aktiv gedämpft wird, (iii) eine Phasenlage und/oder eine Dämpfungsenergie der Folge von Gegensteuerpulsen über ein Training iterativ derart bestimmt oder angepasst werden, (iv) dass ein Maß des
Dämpfungserfolges zumindest temporär einen zumindest lokal optimalen Wert annimmt oder sich diesem Wert annähert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gestaltet sich dann besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform die Phasenlage der Folge von Gegensteuerpulsen bestimmt oder angepasst wird durch
Festlegen oder Anpassen eines zeitlichen Abstands zwischen einem Ende eines jeweils zuletzt ausgesandten Ansteuerpulses des Sendebetriebs und einem
Beginn eines unmittelbar darauffolgenden Gegensteuerpulses.
Die Dämpfungsenergie der Folge von Gegensteuerpulsen kann durch verschiedene Verfahren ermittelt, festgelegt und/oder angepasst werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens wird die Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst durch Festlegen oder Anpassen der Anzahl, der Dauer und/oder der Amplitude der beim aktiven Dämpfen auszugebenen oder ausgegebenen Gegensteuerpulse, insbesondere über ein Festlegen oder ein Anpassen des Verlaufs und/oder der
Amplitude einer ein Schwingungselement der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung erregenden elektrischen Spannung und/oder einer elektrischen Stromstärke.
Besonders einfache Verhältnisse stellen sich bei einer anderen
Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ein, wenn die
Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines beim aktiven Dämpfen zuletzt ausgesandten Gegensteuerpulses. Eine weitere Vereinfachung lässt sich erreichen, wenn gemäß einer anderen
Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens bei einem Verschwinden eines zuletzt auszusendenden oder ausgesandten
Gegensteuerpulses beim aktiven Dämpfen durch Reduktion der Pulsbreite die Dämpfungsenergie weiter bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines vorletzten auszusendenden oder ausgesandten
Gegensteuerpulses.
Auch hinsichtlich der Ermittlung des Dämpfungserfolges beim aktiven Dämpfen können unterschiedliche Konzepte zum Tragen kommen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens wird ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt über eine Zeitspanne vom Zeitpunkt des Endes eines letzten Ansteuerpulses bis zum Zeitpunkt des Absinkens der Schwingungsamplitude bei der
Ultraschallsendeempfangseinrichtung unterhalb eines vorgegebenen
Schwellenwerts, insbesondere durch Minimierung und/oder durch Optimierung.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt wird durch Bestimmen eines Integrals unter einem oder eines Schwingungssignals oder der Einhüllenden des Schwingungssignals der Ultraschallsendeempfangseinrichtung und insbesondere eines
Schwingungselements der zu Grunde liegenden
Ultraschallsendeempfangseinrichtung, von einem Startzeitpunkt bis zu einem Endzeitpunkt, bei welchem Wert des Schwingungssignals oder der Einhüllenden des Schwingungssignals unter einen vorgegebenen Schwellenwert abgefallen ist, insbesondere durch Minimierung und/oder durch Optimierung. Das Trainingsverfahren als solches bietet ebenfalls mannigfache Möglichkeiten der Anpassung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
So kann es vorgesehen sein, dass ein Training ausgeführt wird bei einem Erststart der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung und/oder bei einem erneuten Start nach einer Betriebsunterbrechung oder nach einer Betriebspause der zu Grunde liegenden
Ultraschallsendeempfangseinrichtung.
Auch wenn bereits ein Training beim Betriebsverfahren für eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung ausgeführt wurde, so ergeben sich weitere Vorteile, wenn - gemäß einer anderen Ausgestaltungsform - nach einem Training und insbesondere während des Betriebs der zu Grunde liegenden
Ultraschallsendeempfangseinrichtung die Phasenlage und/oder die
Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter in einem Regelbetrieb nachjustiert werden.
Ein Training und/oder ein Regelbetrieb können ausgeführt werden, indem
- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter zunächst jeweils mit einer Grobeinstellung und nachfolgend jeweils gegebenenfalls mit einer Feineinstellung festgelegt oder angepasst werden, - die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter mittels Intervallhalbierung in einem Suchfenster im jeweiligen
Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden,
- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter in einer festen Anpassungsrichtung zunächst durch positive oder negative
Inkrementierung und nachfolgend durch negative bzw. positive
Inkrementierung in einem Suchfenster im jeweiligen Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden, und/oder - nach jedem Festlegen oder Anpassen der Phasenlage und/oder der
Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter das Maß des
Dämpfungserfolges bestimmt und geprüft wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung, welche eingerichtet ist, ein
Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinrichtung.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch noch eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug, welche mit einer erfindungsgemäß
ausgestalteten Ultraschallsendeempfangseinrichtung zur Erfassung eines Umfelds der Arbeitsvorrichtung bzw. des Fahrzeugs ausgebildet sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Ultraschallsendeempfangseinrichtung nach Art eines Blockdiagramms; Figur 2 zeigt schematisch eine Folge von Steuerpulsen, gefolgt von einer Folge von Gegensteuerpulsen in ihrem zeitlichen Verlauf; zeigt schematisch Folgen von Gegensteuerpulsen mit unterschiedlicher Dämpfungsenergie, eingestellt über die Pulsbreite eines finalen Gegensteuerpulses;
Figuren 4 und 5 zeigen Graphen zur Berechnung eines Maßes für den
Dämpfungserfolg; Figur 6 zeigt einen Graphen zur Illustration des Dämpfungserfolges bei der aktiven Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung; Figuren 7 bis 9 zeigen Graphen zur Illustration eines konkreten
Trainingsalgorithmus';
Figur 10 veranschaulicht schematisch Aspekte eines
Trainingsalgorithmus mit verschiedenen Startwerten für Dämpfungsenergie und Offset;
Figur 1 1 veranschaulicht nach Art eines Flussdiagramms eine
Ausführungsform für den Regelbetrieb.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 11
Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung, die nach Art eines Blockdiagramms, eine erfindungsgemäß ausgebildete Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 zeigt.
Diese Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 weist (i) eine Steuereinheit 10, welche eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens auszuführen, (ii) eine Signalerzeugungseinheit 20, (iii) einen Ultraschallwandler 30, der auch als schwingungsfähiges Element und/oder als Sensor aufgefasst werden kann, sowie (iv) eine Erfassungseinheit 40 auf, wobei letztere eingerichtet ist, zur Ermittlung des Maßes eines Dämpfungserfolges die Amplitude des Ultraschallwandlers 30 als schwingungsfähiges System zu erfassen. Die Steuereinheit 10 ist über eine erste Erfassungs- und Steuerleitung 11 mit der Signalerzeugungseinheit 20 und über eine zweite Erfassungs- und Steuerleitung 12 mit der Erfassungseinheit 40 verbunden, um deren Zustand zu erfassen und ihren Betrieb zu steuern. Über erste bis dritte Erfassungs- und Steuerleitungen 21 , 22 und 23 ist die Signalerzeugungseinheit 20 einerseits mit dem
Ultraschallwandler 30 und andererseits mit der Erfassungseinheit 40 verbunden. Dabei dienen die erste und die zweite Erfassungs- und Steuerleitung 21 bzw. 22 im Sendebetrieb der Ansteuerung des Ultraschallwandlers 30 als Sender für die Erzeugung und Aussendung von Primärschall 31 in ein Umfeld 50 und andererseits im Empfangsbetrieb der Erfassung von vom Ultraschallwandler 30 aus empfangenem Sekundärschall 32 abgeleiteten Empfangssignalen., Dabei kann der Sekundärschall 32 unter anderem an einem Objekt 53 im Umfeld 50 reflektierten Schall, also ein Echo des Objekts 53, aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 10 dazu eingerichtet, anschließend an einen Sendebetrieb oder an einen Abschnitt des Sendebetriebs, bei welchem Sendepulse in Form von Primärschall 31 durch den Ultraschallwandler 30 ausgesandt werden, zu veranlassen, dass entsprechende Gegensteuerpulse durch die Signalerzeugungseinheit 20 generiert und an den Ultraschallwandler 30 weitergeleitet werden, um dessen vom Sendebetrieb stammenden
Schwingungszustand zu dämpfen.
Über erste und zweite Erfassungs- und Steuerleitungen 41 und 42 kann dieser Schwingungszustand des Ultraschallwandlers 30 von der Erfassungseinheit 40 erfasst werden, um so den Dämpfungserfolg durch Beaufschlagung mit den
Gegensteuerpulsen bewerten zu können.
Figur 2 zeigt schematisch in einem Graphen eine Folge von Steuerpulsen 33, gefolgt von einer Folge von Gegensteuerpulsen 35 in ihrem zeitlichen Verlauf mit auf der Abszisse aufgetragener Zeit t. Zu erkennen ist, dass der Beginn des ersten Gegensteuerpulses 35 in Bezug auf das Ende des letzten Steuerpulses 33 mit einem zeitlichen Offset 37 verzögert erfolgt, wodurch die Phasenlage der Abfolge der Gegensteuerpulse 35 in Bezug auf die Ansteuerpulse 33 definiert wird. Die Dämpfungsenergie der Abfolge der Gegensteuerpulse 35 wird bei gleicher Pulshöhe der einzelnen Gegensteuerpulse 35 bestimmt durch die
Pulsbreite 38. Zur Einstellung der Dämpfungsenergie wird insbesondere die Pulsbreite 39 des letzten Gegensteuerpulses 36 um die zentrale Lage des letzten Gegensteuerpulses 36 herum vermindert
Figur 3 zeigt schematisch einen Graphen mit Folgen von Gegensteuerpulsen 35 mit unterschiedlicher Dämpfungsenergie, eingestellt über die Pulsbreite 39 eines finalen Gegensteuerpulses 36. Auf der Abszisse ist jeweils die Zeit t aufgetragen. Im oberen Bereich der Figur 3 sind die Pulsbreiten 38 der vorangehenden Gegensteuerpulse 35 und die Pulsbreite 39 des finalen Gegensteuerpulses 36 identisch, im unteren Bereich der Figur dagegen ist die Pulsbreite 39 des finalen Gegensteuerpulses 36 halbiert.
Figuren 4 und 5 zeigen Graphen 55 zur Berechnung eines Maßes für den Dämpfungserfolg.
Im Zusammenhang mit Figur 4 wird der Dämpfungserfolg durch eine
Schwellenwertmethode beurteilt. Auf der Abszisse 56 ist die Zeit t und auf der Ordinate 57 ein Maß für die Amplitude A des schwingungsfähigen System des Ultraschallwandlers 30 aufgetragen. Gezeigt ist jeweils eine Spur 58 mit einzelnen Messpunkten 59. Der Zeitpunkt t1 kennzeichnet das zeitliche Ende des letzten Sendepulses 33. Der Zeitpunkt t2 kennzeichnet das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts As durch die Amplitude A.
Beim Graphen 55 gemäß Figur 5 wird nicht auf einen Schwellenwert As für die Amplitude A zurückgegriffen, sondern auf einen Integralwert I unter der Spur 58 zwischen einem Startzeitpunkt t2-1 und einem Endzeitpunkt t2-2 der Integration und nach dem Ende t1 des letzten Sendepulses 33.
Figur 6 zeigt einen Graphen 60 zur Illustration des Dämpfungserfolges bei der aktiven Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Auf der Abszisse 61 ist der Wert des Offsets 37 in Mikrosekunden und auf der Ordinate 62 in Pfeilrichtung, also nach unten, die Dämpfungsenergie
aufgetragen. Es zeigen sich Bereiche 63 optimaler Dämpfung sowie Bereiche 64 mit ungeeigneter Dämpfung im gesamten Parameterraum.
Figuren 7 bis 9 zeigen Graphen 70, 80 und 90 zur Illustration eines konkreten Trainingsalgorithmus'. Bei Figur 7 zeigt der Graph 70 mit auf der Abszisse 71 aufgetragenem Offset 37 und mit auf der Ordinate 72 aufgetragener Amplitude des schwingungsfähigen Systems des Ultraschallwandlers 30 eine Spur 73 mit einzelnen Messpunkten 74 mit einem Bereich 75 im Parameterraum, der einem Minimum der Amplitude A und somit einem Optimum der Dämpfung entspricht. Die Richtungen der Pfeile 76 und 77 geben mögliche Richtungen der Optimierung bei Veränderung des Offsets 37 beim Training, ausgehend von einem Startwert, an.
Die Figuren 8 und 9 die Energiesuche durch Intervallhalbierung bzw. die
Feinjustierung von Offset und Energie, wie dies unten weiter im Detail erläutert ist.
Bei diesem in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Trainingsverfahren erfolgt zunächst in einer ersten Phase die Suche nach einer Tallage der Amplitude, also einem Minimum, und nach einem entsprechenden Wert für den Offset, der zu diesem Minimum führt. Zunächst wird ein vorgegebener Suchbereich 76 in Form eines Suchfensters zum Beispiel mit einer Spannweite von +- 4 oder 6 με in Schritten von 2 με durchfahren, wobei abgebrochen wird nach einem zweimaligen Anstieg oder Anwachsen der Amplitude A in einer Richtung der Veränderung des Offsets.
Dann erfolgt in einer zweiten Phase die Suche nach einer optimierenden Energie mittels Intervallhalbierung, d.h. durch Anpassung der Pulsbreite 39 eines finalen Gegensteuerpulses 36 gemäß den Figuren 2 und 3. Dies erfolgt mittels
Intervallhalbierung bis 4 με. Bei 4 με wird der zweite Schuss nur optional durchgeführt.
Dann erfolgt in einer dritten Phase die Feinabstimmung des Offsets 37, nämlich durch bedingte Schritte mit 2 με Schrittweite und bedingte Schritte mit 1 με Schrittweite in der Änderung des Offsets 37.
Schließlich erfolgt in einer vierten Phase des Trainings eine Feinjustierung der Dämpfungsenergie, zunächst durch bedingte Schritte mit 2 με Schrittweite in der die Dämpfungsenergie bestimmenden Pulsbreite 39 des finalen
Gegensteuerpulses 36 und dann durch bedingte Schritte mit 1 με Schrittweite in der Änderung der Dämpfungsenergie. Als fünfter Schritt erfolgt die Validierung ohne aktive Dämpfung, gegebenenfalls mit Rücksetzen der Werte der Dämpfungsenergie auf ein Minimum.
Figur 10 veranschaulicht in einem Graphen 100 mit dem Offset 37, aufgetragen auf der Abszisse 101 und der Dämpfungsenergie aufgetragen auf der Ordinate
102 schematisch Aspekte eines Trainingsalgorithmus mit verschiedenen
Startwerten 105 und 106 für Dämpfungsenergie bzw. Offset 37. Dargestellt ist wieder ein Bereich 103 im Parameterraum, welcher einem Optimum für die Dämpfung entspricht.
Figur 1 1 veranschaulicht nach Art eines Flussdiagramms eine Ausführungsform eines Verfahrens S für den Regelbetrieb.
Dieses Verfahren S besteht neben dem Festsetzen S1 eines Schwellenwerts für das Dämpfungsergebnis aus aufeinanderfolgenden Schritten S3 bis S6 einer
Offsetanpassung und einer Energieanpassung, jeweils mit positiver und negativer Inkrementierung des jeweiligen Parameters Offset oder
Dämpfungsenergie. Dabei wird jeweils in einem ersten Teilschritt S3-1 , S4-1 , S5- 1 , S6-1 das Dämpfungsergebnis bei positiver bzw. negativer Inkrementierung mit einer vorgegebenen Schrittweite ermittelt. In einem nächsten Schritt S3-2, S4-2,
S5-2, S6-2 wird geprüft, ob die Anzahl von Wiederholungen einer maximalen Wiederholungszahl entspricht. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine erneute
Anpassung. Ist die Maximalzahl von Durchläufen erreicht, wird im jeweiligen Schritt S3-3, S4-3, S5-3, S6-3 geprüft, ob das Dämpfungsergebnis besser ist als ein gewünschter Schwellenwert. Ist dies der Fall, so wird in einem nachfolgenden
Schritt S3-4, S4-4, S5-4, S6-4 der zum optimalen Dämpfungsergebnis führende Offset oder die entsprechende Energie als neuer optimierender Wert
gespeichert. Andernfalls wird im vorangehenden Schritt zum nächsten
Verarbeitungsschritt, das heißt von S3 nach S4, von S4 nach S5, von S5 nach S6 bzw. von S6 nach S1 gewechselt.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Wegen des Ausschwingens des Sensorelementes, aufgefasst als
schwingungsfähiges Element 30 einer Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 , ist eine Detektion von Objekten im Umfeld 50 einer mit einer Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 ausgestatteten Arbeitsvorrichtung, zu Beispiel einem Fahrzeug, unmittelbar nach einer Sendeansteuerung nicht möglich.
Daraus resultiert eine Totzeit, in der sehr dicht am Sensor 30 platzierte Objekte 53 nicht detektiert werden können. Die Länge der Ausschwingphase des Sensors 30 bestimmt dabei die Länge der Totzeit.
Mittels aktiver Dämpfung können die Ausschwingphase und damit die nicht nutzbare Totzeit bei einem Sensor 30 verkürzt werden.
Für den Erfolg der aktiven Dämpfung ist die Phasenlage der so genannten Gegensteuerpulse als Dämpfungspulse sehr wichtig. Diese muss für einen maximalen Dämpfungserfolg 180° betragen. Nur leichte Abweichungen der Phasenlage führen dabei zu einem Verlust des Dämpfungserfolgs.
Neben der Phasenlage ist die zugeführte Dämpfungsenergie ebenso
entscheidend für den Dämpfungserfolg. Eine zu hohe Dämpfungsenergie führt zu einem Aufschwingen, zu wenig Dämpfungsenergie zu einer unzureichenden Dämpfung.
Eine effektive Dämpfung bedingt also die Notwendigkeit für eine exakte
Einstellung der beiden Parameter Dämpfungsenergie und Phasenlage der Gegensteuerpulse.
Eine präzise Einstellung der Parameter kann erreicht werden, indem Phase und Amplitude der zu dämpfenden Schwingung explizit ermittelt werden und mit diesen Werten eine instantane Gegenschwingung erzeugt wird. Diese bekannten Maßnahmen, die zum Beispiel bei aktiven Noise-Cancelation-Kopfhörern oder ähnlichen Geräten eingesetzt werden, sollen wegen ihres verfahrenstechnischen und apparativen Aufwandes erfindungsgemäß vermieden werden.
Bei Ultraschallwandlern 30 im Kraftfahrzeugbereich werden Transformatoren zum Erzeugen der Sendespannungen genutzt. Diese bedingen eine elektrische Beschaltung, die auch als paralleler Resonanzkreis bekannt ist. Die Folge dieser Beschaltung ist, dass die Phase und die Amplitude der mechanischen
Schwingung nicht durch die Empfangsschaltung bestimmt werden können und obige Verfahren zur Erzeugung der Gegenschwingung nicht angewandt werden können.
Die Vorgabe einer definierten Gegenphase und Gegenamplitude in Abhängigkeit von der Anregefrequenz scheitert ebenso, da die Sensoren 30 fertigungsbedingt eine unterschiedliche Dämpfung und Eigenresonanz aufweisen und nach der Anregung ein Übergang zu dieser Eigenfrequenz stattfindet. Zudem sind Eigenresonanz und Dämpfung temperaturabhängig und verändern sich während des Betriebs.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für den Betrieb von Ultraschallsendeempfangseinrichtungen 1 mit aktiv gedämpften
Ultraschallsensoren 30 anzugeben, welche ohne Kenntnis der Phase und Amplitude der zu dämpfenden Schwingung besonders effektiv sind.
Ein Kernaspekt der vorliegenden Erfindung ist (a) die Art der Gegensteuerung bezogen auf die gewünschte Dämpfungsenergie sowie (b) die Angabe eines Trainingsbetriebs und eines Regelbetriebs S mit Bestimmung der Parameter Dämpfungsenergie und Phasenlage, die es erlauben, ein Dämpfungsoptimum über die gesamte Betriebs- und Lebensdauer eines zu Grunde liegenden Sensors zu gewährleisten.
Für das Dämpfungsoptimum ist, wie oben dargelegt wurde, die Einstellung der Gegenphasenlage und der zugeführten Gegensteuerpulse notwendig.
Für den Betrieb ist es wünschenswert, dass diese physikalischen Größen durch lineare Maßzahlen oder Parameter dargestellt werden, um den Dämpfungserfolg eindeutig auf eine bestimmte Parameterkombination zurückführen zu können.
Die Dämpfungsenergie kann variiert werden durch Anpassung
(a) der Anzahl der Gegendämpfungspulse,
(b) der Dauer der Gegendämpfungspulse und/oder
(c) des Ansteuerstroms der Gegendämpfungspulse. Für die Beschreibung des Parameterraums ist es wünschenswert, eine Maßzahl zu generieren, die linear von der Dämpfungsenergie abhängt, also beispielweise die Zahl der Pulse gleich zu belassen und nur den Ansteuerstrom zu verändern.
Für die praktische Umsetzung hat sich eine Kombination aus (a) und (b) als besonders vorteilhaft erwiesen und ist auch einfacher zu realisieren als eine Stromregelung.
Die Dauer der Gegendämpfungspulse wird dabei so verändert, dass die
Pulsbreite des letzten Gegenpulses um die Mittellage bis zu einer maximalen Pulsbreite eingestellt wird, wie dies im Zusammenhang mit Figur 2 und 3 dargestellt ist.
Die maximale Pulsbreite ist durch die Periodendauer der Gegensteuerfrequenz gegeben, die über einen Vorgabeparameter definiert wird. Mit abnehmender Pulsbreite wird damit weniger Dämpfungsenergie zugeführt. Soll die
Dämpfungsenergie noch weiter reduziert werden, entfällt im Schema der letzte Puls und die Pulsbreite des vormals vorletzten Pulses wird entsprechend variiert.
Die Prozedur lässt sich bis zur Pulsbreite„0" fortsetzen.
Um eine lineare Maßzahl für die Dämpfungsenergie zu erhalten wird die
Gesamtdauer der Pulsbreiten aller Gegensteuerpulse verwendet.
Die Phasenlage des ersten Gegensteuerpulses kann durch eine Zeit gemessen in Mikrosekunden dargestellt werden, wobei die Zeit der Differenz zwischen dem Start des Gegensteuerpulses und dem Ende des letzten Ansteuerpulses aus einer Sendephase definiert werden kann.
Die Phasenlagen der nachfolgenden Gegensteuerpulse können in gleicher Weise charakterisiert werden. So ergibt sich ein mehrdimensionaler
Parameterraum.
Um den Parameterraum und damit die Komplexität des Verfahrens gering zu halten, kann auch nur die Phasenlage des ersten Gegensteuerpulses variiert werden und die Phasenbeziehungen zwischen den Gegensteuerpulsen konstant gehalten werden. Damit ergeben sich nur zwei Parameter. Dämpfungserfolg
Der Dämpfungserfolg lässt sich durch Messen der Nachschwingdauer über ein Unterschreiten einer definiert vorgegebenen und gegebenenfalls festen Schwelle ermitteln.
Nachteilig ist bei dieser Vorgehensweise, dass sich das Ausschwingen mit dem Echo vom Objekt 53 überlagern kann, wenn sich ein Objekt 53 in der Nähe eines zu Grunde liegenden Sensors 30 befindet.
Für diesen Fall charakterisiert das Unterschreiten einer vordefinierten Schwelle nun nicht mehr das Nachschwingen und der Dämpfungserfolg ist nicht messbar.
Vorteilhafter ist es daher, den Dämpfungserfolg dadurch zu ermitteln, dass ein Intergral der Schwingungsamplituden in einem Intervall in der Nähe des zu erwartenden Nachschwingoptimums bestimmt wird, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.
Befindet sich ein Objektecho in diesem Intervall, dann kann der Dämpfungserfolg dennoch bestimmt werden, da sich die Nachschwingamplituden zu den
Objektechoamplituden addieren.
Der Dämpfungserfolg lässt in Abhängigkeit vom die Phase charakterisierenden Offset, im Weiteren als Parameter„Offset" bezeichnet, und Dämpfungsenergie, im Weiteren als Parameter„Energie" bezeichnet, darstellen, wie dies in der Darstellung der Figur 6 erläutert ist.
Man erkennt, dass sich Dämpfungsoptima nur bei geeigneter Kombination von Offset und Energie einstellen.
Trainingsphase
Auf Grund der Temperatur- und Bauteilabhängigkeit müssen die
Dämpfungsparameter bei Betriebsstart jeweils neu bestimmt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass die Parameter im gesamten Lösungsraum variiert werden und dazu der Dämpfungserfolg bestimmt wird. Um die Zahl der benötigten Versuche, also die Anzahl der Sendepulse möglichst gering zu halten, wird das Training in unterschiedlichen Schritten oder Phasen durchgeführt, zum Beispiel mit den Schritten
(a) grobes Training für den Offset,
(b) grobes Training für die Energie,
(c) Feineinstellung für den Offset,
(d) Feineinstellung für die Energie und
(e) Validierung der ermittelten Werte für Offset und Energie ohne aktive
Dämpfung.
Eine Grundidee des Algorithmus besteht darin, jeden Parameter einzeln zu variieren und diesen in einem ersten Schritt zunächst in großen Schrittweiten und ausgehend von einer initialen Startparametrisierung zu verändern, dann in einem zweiten Schritt beide Parameter in kleinen Schrittweiten fein zu justieren und abschließend den Dämpfungserfolg ohne aktive Dämpfung zu vergleichen, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 10 dargelegt ist.
Grobes Training / Grobjustierung
Für das grobe Training von Offset wird der Parameter Offset in großen Schritten, typischerweise 2 bis 6 Mikrosekunden in einem vordefinierten Intervall variiert. Dabei wird nach jedem Schuss der Dämpfungserfolg berechnet und mit dem vorherigen Ergebnis verglichen. Ausgehend von dem initialen Startwert wird der Parameter zunächst in einer Richtung - z.B. zu größeren Werten hin - variiert. Ist nach zwei oder einer anderen festgelegten endlichen Anzahl von Schritten kein Dämpfungserfolg zu verzeichnen, wird der Parameter in die andere Richtung, also z.B. zu kleineren Werten hin verändert, und das Dämpfungsergebnis wird ermittelt. Der Vorgang wird solange in einer Richtung wiederholt, bis sich nach zwei aufeinander folgenden Schritten kein verbesserter Dämpfungserfolg mehr einstellt oder die vordefinierte Intervallgrenze für den Parameter erreicht ist. Die Einstellung des Parameters mit dem größten Dämpfungserfolg wird gespeichert.
Für das grobe Training des Parameters Energie wird ähnlich verfahren. Alternativ dazu kann die Parametereinstellung des größten Dämpfungserfolges mit dem Verfahren der Intervallhalbierung ermittelt werden. Dazu werden immer drei Versuche gemäß der Parameterkombination EO-x, E0, EO+x durchgeführt Der Dämpfungserfolg wird jeweils ermittelt und danach wird die Parameterlage mit dem größten Dämpfungserfolg des Verfahrens mit halbierter Schrittweite x/2 wiederholt. Diese Schritte werden bis zu einer vordefinierten Schrittweite wiederholt.
Nach den Schritten (a) und (b) der Grobjustierung ist der Parameterbereich für den größten Dämpfungserfolg eingegrenzt und es kann die Feineinstellung begonnen werden.
Feinjustierung
Dazu wird wie im Schritt (b) mittels Intervallhalbierung für die Parameter Energie und Offset bis zu einer vordefinierten Minimalschrittweite verfahren.
Überprüfung
Am Ende der Schritte (a) bis (d) wird der Dämpfungserfolg mit einer Einstellung ohne aktive Dämpfung verglichen, um den Gesamterfolg zu bestimmen.
In Abhängigkeit davon kann entschieden werden, den Sensor auch ohne aktive Dämpfung zu betreiben.
Figur 10 zeigt beispielhaft die Parameterkombinationen, die im Training durchfahren werden. Das Training kann entweder bei Neustart des Systems im Fahrzeug oder auch während des Betriebs erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist ein Training bei Startup vor dem eigentlichen
Messbetrieb, da damit die volle Leistungsfähigkeit des Sensors 30 sichergestellt werden kann.
Hierfür kann die oben beschriebene Sequenz für jeden Sensor 30 im System einzeln initiiert und mit schneller Schussfolge - z.B. alle 2 ms bis 5 ms - durchfahren werden.
Wird der Sensor 30 mit Sendepulsen unterschiedlicher Frequenzkodierung durchfahren, ist es weiterhin vorteilhaft, für jeden Sendepulstyp ein Training durchzuführen. Wahlweise kann die Parameterkombination durch ein
Berechnungsverfahren von einem auf den anderen Sendepulstyp übertragen werden.
Regelphase / Regelbetrieb
Auf Grund der Temperaturabhängigkeit müssen die Dämpfungsparameter nicht nur bei Betriebsstart, sondern auch im Messbetrieb überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.
Dazu werden beide Parameter mit sehr geringen Schrittweiten verändert. Z.B. wird mit einer kleinstmöglichen Einstellung z.B. unterhalb von 1 Mikrosekunde der Dämpfungserfolg bestimmt und bei höherem Dämpfungserfolg
gegebenenfalls angepasst.
Um möglichst robust gegenüber kurzzeitigen Störungen zu sein, wird die zu prüfende Parameterkombination mehrmals mit einer vordefinierten Anzahl von Durchgängen oder Schüssen gemessen und erst mit Erreichen einer
signifikanten Verbesserung die neu definierte Parameterkombination als neues Optimum gespeichert.
Die Variation erfolgt Schritt für Schritt, d.h. zunächst wird nur der Parameter Offset geringfügig inkrementiert und damit mehrmals gemessen. Führt diese neue Parameterkombination zu einem höheren Dämpfungserfolg, so wird der Parameter Offset in diese Richtung weiter inkrementiert und der Vorgang solange wiederholt bis sich keine Verbesserung des Dämpfungserfolgs mehr einstellt. Lässt sich kein Dämpfungserfolg feststellen, so wird der Parameter dekrementiert und das Verfahren entsprechend durchlaufen.
Nachdem der Offset als Parameter beim Dämpfen überprüft und angepasst wurde, wird mit der Energie als Parameter beim Dämpfen ebenso verfahren.
Nach Durchlaufen der gesamten Schleife wird der Vorgang wiederholt und die Regelschleife beginnt von neuem.
Zusätzlich ist zu den Figuren Folgendes zu bemerken:
Figuren 2 und 3 beschreiben die Gegensteuerung bei aktiver Dämpfung. Nach Ende der Anregung wird die Schwingung mittels Gegensteuerpulsen gedämpft.
Die Phasenlage der Gegensteuerpulse wird durch die zeitliche Differenz zwischen Ende der Ansteuerung und Beginn der Gegenansteuerung bestimmt. Die Dämpfungsenergie ergibt aus der Summe der Pulsbreiten der
Gegensteuerpulse, wobei jeweils der letzte Puls in seiner Pulsbreite variiert wird.
Figuren 4 und 5 erläutern die möglichen Berechnungsschemata für den
Dämpfungserfolg. Gemäß Figur 4 erfolgt dies durch Erfassen der
Nachschwingdauer mittels Unterschreitung einer vordefinierten Schwelle. Gemäß Figur 5 erfolgt dies durch Integralbindung.
Figur 6 beschreibt in Form eines Graphen 60 den Dämpfungserfolg als Optimum oder Minimum bei der aktiven Dämpfung in Abhängigkeit von der
Dämpfungsenergie, aufgetragen auf der Ordinate 62, und des zeitlichen Offsets in Mikrosekunden, aufgetragen auf der Abszisse 61 . Die eingekreisten Bereiche 63 bezeichnen die Optima oder Minima mit einem hohen Maß an
Dämpfungserfolg, die dazwischenliegenden Bereiche 64 in der Nähe der Abszisse zeigen ein niedriges Maß an Dämpfungserfolg.
Die Figuren 7 bis 9 illustrieren eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsalgorithmus' für das Training der Dämpfungsparameter Energie und
Offset. Figur 10 veranschaulicht im Zusammenhang mit einem Graphen 100 die bei einem Training durchfahrenen Parameterkombinationen im Trainingsalgorithmus für die Parameter Energie und Offset mit den Startwerten 105 und 106 für den Offset bzw. für die Energie.
Figur 1 1 zeigt schematisch ein Verfahren S und einen Algorithmus zum
Regelbetrieb.

Claims

Ansprüche
Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1), bei welchem
- die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) alternativ und
insbesondere alternierend in einem Sendebetrieb und in einem
Empfangsbetrieb betrieben wird,
- die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) anschließend an einen Sendebetrieb und/oder vor einem Empfangsbetrieb durch
Beaufschlagen mit einer Folge von Gegensteuerpulsen aktiv gedämpft wird,
- eine Phasenlage und/oder eine Dämpfungsenergie der Folge von
Gegensteuerpulsen über ein Training iterativ derart bestimmt oder angepasst werden,
- dass ein Maß des Dämpfungserfolges zumindest temporär einen zumindest lokal optimalen Wert annimmt oder sich diesem Wert annähert.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1 ,
bei welchem die Phasenlage der Folge von Gegensteuerpulsen bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen eines zeitlichen Abstands zwischen einem Ende eines jeweils zuletzt ausgesandten Ansteuerpulses des Sendebetriebs und einem Beginn eines unmittelbar darauffolgenden Gegensteuerpulses.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Anzahl, der Dauer und/oder der Amplitude der beim aktiven Dämpfen auszugebenen oder ausgegebenen
Gegensteuerpulse, insbesondere über ein Festlegen oder ein Anpassen des Verlaufs und/oder der Amplitude einer ein Schwingungselement der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) erregenden elektrischen Spannung und/oder einer elektrischen Stromstärke. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines beim aktiven Dämpfen zuletzt ausgesandten Gegensteuerpulses.
Betriebsverfahren nach Anspruch 4,
bei welchem beim Verschwinden eines zuletzt auszusendenden oder ausgesandten Gegensteuerpulses durch Reduktion der Pulsbreite beim aktiven Dämpfen die Dämpfungsenergie weiter bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines vorletzten auszusendenden oder ausgesandten Gegensteuerpulses.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt wird über eine
Zeitspanne vom Zeitpunkt des Endes eines letzten Ansteuerpulses bis zum
Zeitpunkt des Absinkens der Schwingungsamplitude bei der
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1 ) unterhalb eines vorgegebenen
Schwellenwerts, insbesondere durch Minimierung und/oder durch
Optimierung.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt wird durch Bestimmen eines Integrals unter einem Schwingungssignal oder der Einhüllenden des Schwingungssignals der
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) und insbesondere eines
Schwingungselements der Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1), von einem Startzeitpunkt bis zu einem Endzeitpunkt, bei welchem Wert des Schwingungssignals oder der Einhüllenden des Schwingungssignals unter einen vorgegebenen Schwellenwert abgefallen ist, insbesondere durch Minimierung und/oder durch Optimierung.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Training ausgeführt wird
- bei einem Erststart der zu Grunde liegenden
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) und/oder - bei einem erneuten Start nach einer Betriebsunterbrechung oder nach einer Betriebspause der zu Grunde liegenden
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1).
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
nach dem Training und insbesondere während des Betriebs der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter in einem
Regelbetrieb nachjustiert werden.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Training und/oder ein Regelbetrieb ausgeführt werden, indem
- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als
Dämpfungsparameter zunächst jeweils mit einer Grobeinstellung und nachfolgend jeweils gegebenenfalls mit einer Feineinstellung festgelegt oder angepasst werden,
- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als
Dämpfungsparameter mittels Intervallhalbierung in einem Suchfenster im jeweiligen Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden,
- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als
Dämpfungsparameter in einer festen Anpassungsrichtung zunächst durch positive oder negative Inkrementierung und nachfolgend durch negative bzw. positive Inkrementierung in einem Suchfenster im jeweiligen Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden und/oder
- nach jedem Festlegen oder Anpassen der Phasenlage und/oder der Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter das Maß des
Dämpfungserfolges bestimmt und geprüft wird.
Steuervorrichtung (10) für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1), welche eingerichtet ist, ein Betriebsverfahren für eine
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) mit einer Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 10.
13. Arbeitsvorrichtung und insbesondere Fahrzeug mit einer
Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) nach Anspruch 1 1 zur Erfassung eines Umfelds (50) der Arbeitsvorrichtung.
PCT/EP2018/061641 2017-05-08 2018-05-07 Betriebsverfahren und steuereinheit für eine ultraschallsendeempfangseinrichtung, ultraschallsendeempfangseinrichtung und arbeitsvorrichtung WO2018206476A1 (de)

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