WO2024088819A1 - Steuereinrichtung und betriebsverfahren für einen ultraschallsensor, ultraschallsensor, satz aus steuereinrichtung und ultraschallsensor und kraftfahrzeug - Google Patents

Steuereinrichtung und betriebsverfahren für einen ultraschallsensor, ultraschallsensor, satz aus steuereinrichtung und ultraschallsensor und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2024088819A1
WO2024088819A1 PCT/EP2023/078756 EP2023078756W WO2024088819A1 WO 2024088819 A1 WO2024088819 A1 WO 2024088819A1 EP 2023078756 W EP2023078756 W EP 2023078756W WO 2024088819 A1 WO2024088819 A1 WO 2024088819A1
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ultrasonic sensor
sensor
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Michael Hallek
Fabian Haag
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01S2007/52009—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction, e.g. dirt- or ice-coating

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an ultrasonic sensor, a method for operating an ultrasonic sensor, an ultrasonic sensor, a set comprising the control device and the ultrasonic sensor, and a motor vehicle.
  • Modern motor vehicles are equipped with ultrasonic sensors that allow the vehicle's surroundings to be measured by sending and receiving an ultrasonic signal.
  • the information about the vehicle's surroundings obtained in this way can be evaluated by a driver assistance system to generate warnings for the driver, enable autonomous parking or partially or fully autonomous driving.
  • An ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor which sends out and receives the ultrasonic signals, is mounted flush with the outer skin of the vehicle and is therefore visible from the outside. Accordingly, the customer requests that the ultrasonic membrane be painted in the same color as the outer skin of the vehicle.
  • Paint changes the mass and stiffness of the ultrasonic membrane. Accordingly, the resonance frequency and/or the conversion efficiency of the ultrasonic membrane also changes, which must be taken into account when operating the ultrasonic sensor.
  • ultrasonic sensors are painted and calibrated in large series at the manufacturer of the ultrasonic sensor, i.e. at a supplier company.
  • the calibration of the respective ultrasonic sensor is already carried out at the supplier company using a painted prototype of the respective large series, which is examined under laboratory conditions.
  • a customer may want to have their car painted in a different color later.
  • premium vehicle manufacturers sometimes produce small series with special paint finishes for which ordering a pre-painted ultrasonic sensor in large series would be uneconomical.
  • DE 20 2004 021 873 U1 discloses a diaphragm pot for an ultrasonic transducer with a wall for supporting a diaphragm that can be excited to vibrate, wherein the diaphragm pot is provided with a galvanic coating at least in the area of the diaphragm, at least on the outside of the diaphragm pot. A thickness of the diaphragm is selected such that the diaphragm pot has a predetermined resonance frequency after the galvanic layer has been applied.
  • EP 1 855 093 A1 discloses a method for adjusting the resonance frequency of an oscillating section of a housing of an ultrasonic sensor. The method comprises measuring the resonance frequency of the oscillating section with a measuring device; comparing the measured resonance frequency with a predetermined threshold value of a target resonance frequency; and producing a material removal or deposition on the oscillating section based on the comparison in order to adjust the resonance frequency of the oscillating section.
  • one object of the present invention is to enable the painting of ultrasonic sensors after they leave the manufacturer's plant.
  • a control device for an ultrasonic sensor of a motor vehicle has: a first unit that is set up to determine a sensor characteristic of the ultrasonic sensor during normal operation of the motor vehicle; a second unit that is set up to assess the determined sensor characteristic to determine whether an operating parameter of the ultrasonic sensor is to be adjusted; and a third unit that is set up to determine the operating parameter parameters of the ultrasonic sensor based on the determined sensor characteristic when the second unit judges that the operating parameter needs to be adjusted.
  • the control device can recalibrate the ultrasonic sensor during normal operation of the motor vehicle if the ultrasonic sensor has been repainted, for example by an owner of the motor vehicle, by a repair shop when installing an aftermarket spare part, or during the production of a small series after leaving the factory of the manufacturer of the ultrasonic sensor. Therefore, changes in the properties of the ultrasonic membrane can be calibrated away by the repainting, and an unchanged high performance of the ultrasonic sensor can advantageously be maintained.
  • Determining the sensor characteristics includes in particular measuring the sensor characteristics. “Assessing whether an operating parameter of the ultrasonic sensor needs to be adjusted” may include assessing whether an adjustment of the ultrasonic sensor is necessary and/or assessing whether an adjustment of the ultrasonic sensor is possible and appropriate.
  • an adjustment of the ultrasonic sensor may only be necessary if the sensor characteristics of the ultrasonic sensor have changed.
  • an adjustment of the ultrasonic sensor may only be possible and useful if the ultrasonic sensor is not dirty, iced over or covered by an obstacle.
  • Adjusting the operating parameters can also mean calibrating or recalibrating the ultrasonic sensor.
  • the operating parameter of the ultrasonic sensor can be an operating parameter with which the control device or another control device operates the ultrasonic sensor.
  • the operating parameter of the ultrasonic sensor can also be an operating parameter that the ultrasonic sensor itself takes into account during its operation.
  • adjusting the operating parameter may include adjusting an operating parameter of the relevant control device with which the control device operates the ultrasonic sensor. Adjusting the operating parameter may also include setting the adjusted operating parameter on the ultrasonic sensor, for example by transmitting the adjusted operating parameter in conjunction with an adjustment command or the like to the ultrasonic sensor.
  • the assessment of the second unit comprises a deviation of the determined sensor characteristic from a sensor stored in the second unit. sensor characteristic that corresponds to the current operating parameter values of the ultrasonic sensor.
  • a sensor characteristic that was originally determined or measured in advance - for example in the laboratory when manufacturing the ultrasonic sensor or a prototype thereof - can be stored in the second unit. If the second unit judges that an operating parameter needs to be adjusted, it can overwrite the stored sensor characteristic with the currently determined sensor characteristic or with a sensor characteristic that corresponds to the operating parameter after its adjustment.
  • a sensor characteristic can always be stored in the second unit that corresponds to the currently set operating parameter.
  • the assessment of the second unit comprises assessing whether a detected deviation of the specific sensor characteristic from the stored sensor characteristic is due to a coating of an ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor, and assessing that the operating parameter is to be adjusted only if the detected deviation is due to a coating of the ultrasonic membrane.
  • the second unit is configured to assess whether the operating parameter needs to be adjusted by comparing a first distance measurement carried out with the ultrasonic sensor with a second distance measurement carried out with the same or another ultrasonic sensor.
  • the operating parameter must be adjusted in particular if a deviation of the specific sensor characteristic from a stored sensor characteristic is due to a paint job. If the measurement results of two distance measurements carried out at the same time using the same or two different ultrasonic sensors differ greatly from one another, i.e. by more than a predetermined threshold value, for example, it can be assumed that there is either a temporary obstacle in the vicinity of one of the ultrasonic sensors or that one of the ultrasonic sensors is dirty, icy or damaged and therefore adjusting the operating parameter is not currently appropriate. If, on the other hand, the motor vehicle is repainted, the repainting would have an equal effect on the measurement results of all ultrasonic sensors and the various distance measurements would therefore not differ greatly from one another, so that in this case adjusting the operating parameter may be appropriate.
  • a distance measurement can in particular comprise controlling the ultrasonic sensor to emit an ultrasonic signal and receive a reflected ultrasonic signal, as well as determining a distance to an obstacle in an environment of the motor vehicle based on a signal propagation time between emitting the ultrasonic signal and receiving the reflected ultrasonic signal. Accordingly, a simple possibility is advantageously provided how, even without the presence of laboratory conditions, it can be distinguished in an automated manner whether an adjustment of the operating parameter is appropriate because a change in the sensor characteristic is due to a coating.
  • the second unit stores a look-up table in which a plurality of predefined sensor characteristics and associated operating parameter values are stored, which were previously determined by measurements on differently painted ultrasonic sensors under laboratory conditions, and the second unit is configured to assess whether the operating parameter is to be adjusted by comparing the determined sensor characteristic with the plurality of predefined sensor characteristics and/or to determine an operating parameter value to which the operating parameter is to be adjusted by the third unit by looking up the look-up table.
  • the operating parameter value to which the operating partner is to be adjusted in this case can be taken directly from the lookup table and/or interpolated from several values taken directly from the lookup table.
  • the second unit comprises a physical or data-based model configured to output, based on a sensor characteristic input into the model, an assessment of whether an operating parameter is to be adjusted and/or an operating parameter value to which the operating parameter is to be adjusted, and the second unit is configured to input the determined sensor characteristic into the physical or data-based model and use the physical or data-based model to assess whether the operating parameter is to be adjusted and/or to determine an operating parameter value to which the operating parameter is to be adjusted by the third unit.
  • a physical model can in particular be a model that is based on a knowledge-based modeling of the physical causal relationships between the thickness and weight of a paint layer on the ultrasonic membrane, the resulting sensor characteristics and the optimal operating parameters for the respective sensor characteristics.
  • a data-based model can in particular be a model that is created using statistical methods by analyzing a large number of measured sensor characteristics at different paint finishes and a multitude of optimal operating parameters determined by measurement, by adjusting parameters of the data-based model until the best possible match between the model's predictions and the physical reality of the multitude of measurements is achieved.
  • the data-based model comprises one or more trained neural networks.
  • a first of the neural networks can be trained with sensor characteristics measured on differently painted ultrasonic sensor prototypes as input data and the optimal operating parameters determined by measurement as output data.
  • a second of the neural networks can be trained with sensor characteristics measured on differently painted ultrasonic sensor prototypes on the one hand and on differently dirty, icy or damaged ultrasonic sensor prototypes on the other hand as training input data and a respective associated indication as to whether the sensor characteristic in question comes from a painted ultrasonic sensor prototype or from a dirty, icy or damaged ultrasonic sensor prototype as training output data.
  • the respective sensor characteristic determined by the first unit is a transfer function of mechatronic components of the ultrasonic sensor, and the first unit is configured to impose an electrical test signal on the ultrasonic sensor in order to determine the sensor characteristic and to detect an electrical response signal of the ultrasonic sensor. Accordingly, a purely electrical characterization of the properties of the ultrasonic sensor and its mechatronic components is carried out. It is therefore advantageously not necessary to create a defined laboratory environment in order to be able to characterize the sensor. The result of the determination of the sensor characteristics is advantageously independent of whether the ultrasonic sensor is located outdoors or whether, for example, an obstacle in the distant area, such as a garage wall, covers the ultrasonic sensor.
  • the electrical test signal may be a voltage signal or a current signal
  • the electrical response signal may be a current signal or a voltage signal
  • the transfer function can advantageously contain all data required to determine the operating parameter, such as an operating frequency, a transmitted signal amplitude or a received signal amplification.
  • the mechatronic components of the ultrasonic sensor include the mechatronic system which is controlled by the test signal and from which the reception signal is received, and include, for example, the ultrasonic membrane, a sound transducer element attached to it from the inside, and a driver circuit for controlling the sound transducer element.
  • the operating parameter that is adjusted by the third unit comprises one or more of the following parameters: an operating frequency with which an ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor is excited to oscillate, an amplitude of a control signal with which a driver circuit of the ultrasonic sensor controls a sound transducer element of the ultrasonic sensor, and a gain with which a received signal output by the sound transducer element to the driver circuit is amplified.
  • a method for operating an ultrasonic sensor of a motor vehicle comprises: determining a sensor characteristic of the ultrasonic sensor during normal operation of the motor vehicle; assessing the determined sensor characteristic as to whether an operating parameter of the ultrasonic sensor is to be adjusted; and adjusting the operating parameter of the ultrasonic sensor based on the determined sensor characteristic if it has been assessed that the operating parameter is to be adjusted.
  • a computer program product comprising instructions which, when executed by a control unit of a motor vehicle, cause the control unit to carry out the method according to the first aspect or one of its embodiments.
  • an ultrasonic sensor which has an ultrasonic membrane, a sound transducer element arranged on an inner side of the ultrasonic membrane for exciting and detecting vibrations of the ultrasonic membrane, a driver circuit for controlling the sound transducer element and the control device according to one of claims 1 to 9.
  • the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor is at least not finished with a varnish.
  • the ultrasonic membrane can be unpainted.
  • a set which comprises: the control device according to the first aspect or one of its embodiments and/or the computer program product according to the third aspect and an ultrasonic sensor which comprises an ultrasonic membrane, a baffle arranged on an inner side of the ultrasonic membrane ler element for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane as well as a driver circuit for controlling the sound transducer element.
  • the ultrasonic sensor and the associated control device with the proposed recalibration functionality are preferably sold as a set, since the control device contains, for example, look-up tables or models of ultrasonic sensors of a specific type for whose recalibration it is designed.
  • the ultrasonic membrane of the ultrasonic sensor is at least not finished with a varnish.
  • the ultrasonic membrane can be unpainted.
  • the proposed control device there is advantageously no need to paint the membrane of the ultrasonic sensor at the factory and to calibrate the ultrasonic sensor at the factory after painting. Instead, the painting of the ultrasonic sensor can be left to the vehicle manufacturer or the customer and can be carried out, for example, as part of the final painting of the vehicle or a repair.
  • a motor vehicle which comprises a control device according to the first aspect or one of its embodiments, an ultrasonic sensor according to the fourth aspect or one of its embodiments or a set according to the fifth aspect or one of its embodiments.
  • Fig. 1 shows schematically an exemplary ultrasonic sensor
  • Fig. 2 shows schematically a motor vehicle with the ultrasonic sensor and a control device according to an embodiment
  • Fig. 3 shows a section A-A in Fig. 1 of the exemplary ultrasonic sensor
  • Fig. 4 shows an equivalent circuit diagram of the exemplary ultrasonic sensor
  • Fig. 5 shows schematically functional units of the control device according to the embodiment
  • Fig. 6 illustrates steps of a method according to the embodiment
  • Fig. 7 shows a flow chart illustrating processing steps of an assessment unit according to advantageous developments of the embodiment
  • Fig. 8 shows an assessment unit according to an advantageous development
  • Fig. 9 shows an assessment unit according to an advantageous development.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an exemplary ultrasonic sensor 1
  • Fig. 2 shows a schematic section AA in Fig. 1 of the exemplary ultrasonic sensor 1.
  • the ultrasonic sensor 1 has a plastic housing se 2 with a housing body 3, a union ring 4, a cover 5 and an extension section 6.
  • a membrane cup 9 is placed on an edge 7 of the housing body, which surrounds an opening 8 of the housing body 3, and is secured to the housing body 3 of the plastic housing 2 with the collar ring 4.
  • the membrane cup 9 has a cup shape, and a bottom of the cup shape forms an ultrasonic membrane 10.
  • the reference numeral 10 designates the entire ultrasonic membrane
  • the reference numeral 1 1 designates an outer surface of the ultrasonic membrane 10.
  • the outer surface of the ultrasonic membrane 10 is bare or exposed. That is, the outer surface 1 1 of the ultrasonic membrane is not painted (unpainted).
  • a piezo element 12 (example of a sound transducer element) is attached to an inner surface of the ultrasonic membrane 10 opposite the outer surface 11.
  • the piezo element 12 is electrically connected to a driver circuit 16 by means of two first contact pins 13 pressed into sections of the housing body 3 (in the sectional view in Fig. 2 only one of the two first contact pins 13 can be seen), which is mounted on a circuit board 14 accommodated in the housing body 3.
  • Conductor tracks (not shown) of the circuit board 14 establish the contact between the driver circuit 16 and the contact pins 13, and two fine loose wires 15 establish the contact between the contact pins 13 and the piezo element 12.
  • the fine loose wires 15 ensure vibration decoupling between the circuit board 10 accommodated in the rigid housing body 3 with the first contact pins 13 on the one hand and the vibrating ultrasonic membrane 10 with the piezo element 12 attached to it on the other hand.
  • the driver circuit 16 is also contacted with at least two second contact pins 17 pressed into the housing body 3 and the extension section 6.
  • the second contact pins 17 establish an electrical connection of the driver circuit 16 to the outside.
  • Fig. 3 shows schematically a motor vehicle 80 with an ultrasonic sensor 100 and a
  • Control device 50 according to an embodiment.
  • the control device 50 is connected to the ultrasonic sensor 100 (with the second contact pins 17, Fig. 2) via a signal line 18.
  • the ultrasonic sensor 100 is installed in a body component, such as a front fender 24, of the motor vehicle 80.
  • the ultrasonic membrane 10 of the ultrasonic sensor 100 is arranged in a substantially round opening 25 of the front fender 24. It should be noted that in Fig. 3 a size of the opening 25 and the ultrasonic membrane 10 is exaggerated.
  • the front fender 24 is a body component painted in a predetermined color.
  • the customer and manufacturer therefore require that the ultrasonic membrane 10 be painted in the same color as the front fender 24.
  • the outer surface 11 (Fig. 1, 2) of the ultrasonic membrane 10 is not exposed. Rather, a layer of paint 26 is applied to the outer surface 11 (Fig. 1, 2) of the ultrasonic membrane 10.
  • the reference number 1 is used for the unpainted ultrasonic sensor 1 (Fig. 1) and the reference number 100 for the painted ultrasonic sensor 100 (Fig. 2).
  • the ultrasonic sensors 1, 100 are designed and configured identically.
  • the ultrasonic sensors 1, 100 can be the same ultrasonic sensor 1, 100 before or after painting.
  • a control operation of the ultrasonic sensor 1, 100 for the purpose of carrying out a distance measurement is described schematically with reference to Fig. 1 to Fig. 3.
  • the distance measurement operation is carried out in particular by a distance measuring unit 51 of the control device 50.
  • the distance measuring unit 51 sends a command signal via the signal line 18 to the driver circuit 16.
  • the driver circuit 16 In response to the command signal, the driver circuit 16 generates a control signal for the piezo element 12 and transmits this via the first contact pins 13 and the fine loose wires 15 to the piezo element 12. zoelement 12.
  • the control signal causes the piezoelement 12 to excite the ultrasonic membrane 10 to vibrate, whereby an ultrasonic signal is emitted in the axial direction 19 into the surroundings of the motor vehicle 80. If the ultrasonic signal encounters an obstacle in the surroundings of the motor vehicle 80, it can be reflected back from the obstacle to the ultrasonic membrane 10 and cause it to vibrate.
  • the vibrations of the ultrasonic membrane 10 are detected by the piezoelement 12, which outputs an electrical reception signal indicative of the vibrations of the ultrasonic membrane 10 to the driver circuit 16 via the fine loose wires 15 and the first contact pins 13.
  • the driver circuit 16 amplifies the electrical reception signal and transmits the amplified electrical reception signal via the second contact pins 17 and the signal line 18 to the distance measuring unit 51 of the control device 50.
  • the distance measuring unit 50 can then determine the distance to the obstacle in the vicinity of the motor vehicle 80 based on a transit time difference between the transmission of the ultrasonic signal (the command signal) and the reception of the reflected ultrasonic signal (the amplified electrical reception signal).
  • This distance measuring operation of the ultrasonic sensor 1 is influenced by several operating parameters. These are in particular the operating frequency with which the ultrasonic membrane 10 is excited to oscillate, the amplitude of the control signal for the piezo element 12, which correlates with an amplitude of the emitted ultrasonic signal, and the gain with which the driver circuit 16 amplifies the electrical reception signal.
  • the ultrasonic sensor 1 is precalibrated at the factory.
  • calibration is understood to mean setting or adjusting the operating parameters of the ultrasonic sensor 1.
  • the operating parameters can be stored, for example, in the distance measuring unit 51 and used to form the command signal and/or transmitted to the driver circuit 16 with each command signal. Alternatively, the operating parameters can also be stored directly in the driver circuit 16 and set directly there during calibration.
  • calibrating an ultrasonic sensor 1 one goal is to operate the ultrasonic sensor 1 at or as close as possible to a resonance frequency of the oscillating system consisting of the ultrasonic membrane 10 and the piezo element 12 attached to it, since the conversion efficiency of the system is optimal at the resonance frequency.
  • the amplitude of the control signal and the amplification for the received signal are then set, for example experimentally by means of a laboratory test in a standardized environment, in such a way that a desired signal-to-noise ratio is obtained for the amplified received signals.
  • the lacquer layer 26 which has a thickness of 100 to 140 pm, for example, changes the mass and stiffness of the ultrasonic membrane 10. Accordingly, when the ultrasonic membrane 10 is painted, the resonance frequency of the ultrasonic membrane 10 also changes. Accordingly, the lacquer layer 26 was conventionally already applied in the factory of the supplier who manufactures the ultrasonic sensor 100, and the calibration described above was carried out in the factory of the supplier on the already painted ultrasonic sensor 100.
  • control device 50 with functionality (52-54 in Fig. 4) which enables a dynamic recalibration of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100 during a normal operation of the motor vehicle 80, i.e. while the motor vehicle 80 is in the possession of the customer.
  • Fig. 4 schematically shows functional units 51-54 of the control device 50 according to the embodiment.
  • Fig. 5 illustrates steps of a method for operating the ultrasonic sensor 1, 100 (Fig. 1, 3) according to the embodiment.
  • the control device 50 of the embodiment comprises, in addition to the distance measuring unit 51 described above, a characteristic determination unit 52 (example of a "first unit"), an assessment unit 53 and a calibration unit 54.
  • step S1 of the method the characteristic determination unit 52 determines a sensor characteristic of the ultrasonic sensor 1, 100 (Fig. 1, Fig. 3).
  • the ultrasonic membrane 10 (Fig. 2) with the piezo element 12 (Fig. 2) attached thereto and the driver circuit 16 (Fig. 2) can each be regarded as components of a mechatronic system.
  • Fig. 6 shows a schematic equivalent circuit diagram of the mechatronic system of the ultrasonic sensor 1, 100.
  • the mechatronic system can be understood as a parallel resonant circuit with a resistor 21, an inductance 22 and a capacitance 23.
  • a resonance frequency of the parallel resonant circuit corresponds to a natural frequency of the ultrasonic membrane 10, that is, a frequency with which the ultrasonic membrane 10 emits ultrasonic signals particularly efficiently or at which the conversion efficiency of the system consisting of the ultrasonic membrane 10 and the piezo element 12 is maximum.
  • dissipation of electrical energy at the resistor 21 corresponds to the radiation of energy in the form of an ultrasonic wave
  • the inductance 22 and the capacitance 23 correspond to the compliance and the mass of the ultrasonic membrane 10, which influence the conversion efficiency.
  • the sensor characteristic that is determined in step S1 is therefore in particular an analytically or numerically represented function that is determined by measuring the mechatronic system 10, 12, 16 of the ultrasonic sensor 1, 100 and that describes a response behavior of the mechatronic system 10, 12, 16 of the ultrasonic sensor 1, 100.
  • step S1 is not carried out in the supplier's factory, but rather during normal operation of the motor vehicle 80.
  • step S1 can be carried out in response to the activation of an ignition of the motor vehicle 80 or at regular intervals.
  • step S2 the second unit assesses the sensor characteristic determined in step S1 to determine whether at least one of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100 is to be adjusted. In other words, it is assessed whether the conversion efficiency of the ultrasonic sensor 1, 100 can be improved by adjusting the operating parameters to the determined sensor characteristic.
  • step S3 the calibration unit 55 adjusts the operating parameter based on the determined sensor characteristic. For example, the operating frequency of the ultrasonic sensor 100 can be changed. If this is not possible or not desired due to technical constraints, for example, the amplitude of the control signal and/or the gain of the received signal can also be increased.
  • the adjusted operating parameters are stored in the distance measuring unit 51 of the control device 50 and from this point on are implemented by the distance measuring unit 51 in subsequent distance measurements with the ultrasonic sensor 1, 100.
  • control device 50 of the embodiment can advantageously perform a dynamic recalibration of the operating parameter(s) of the ultrasonic sensor 1, 100 if the sensor characteristic of the ultrasonic sensor 1, 100 changes, for example due to the subsequent application of the lacquer layer 26 or further lacquer layers.
  • an automotive supplier can deliver unpainted ultrasonic sensors 1 that are only subsequently painted (after end of line), for example by an automobile manufacturer during new car production or by a service workshop when subsequently replacing a defective ultrasonic sensor 100 with an unpainted aftermarket ultrasonic sensor 1.
  • the automotive supplier can thus achieve advantageous simplifications in production by manufacturing and delivering unpainted ultrasonic sensors 1 both as OEM components for use in new car construction and as aftermarket components for use in service.
  • An unpainted ultrasonic sensor 1 can in particular be delivered in a set together with a control device 50 according to the embodiment, which ensures the automatic recalibration of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1 when it is first painted or repainted later in its life.
  • Car manufacturers are also able to produce small series with a special paint finish in small quantities, where painting by the supplier would not be an option for commercial reasons.
  • Customers can have their vehicles repainted in a different color without the properties of the ultrasonic sensors 100 that are also painted deteriorating.
  • the sensor characteristic which is determined by the characteristic determination unit 52 in step S1 is a transfer function of the mechatronic components (the ultrasonic membrane 9 with the piezo element 12 attached thereto and the driver circuit 16) of the ultrasonic sensor 1, 100.
  • the characteristic determination unit 52 applies a voltage signal U(t) to the ultrasonic sensor 1, 100 as a test signal and measures the Current response l(t) of the ultrasonic sensor 1, 100 in response to the voltage signal U(t) to determine the transfer function.
  • the test voltage signal U(t) can preferably comprise a plurality of signal components with different frequencies.
  • the test voltage signal U(t) can particularly preferably be a pulse-shaped impulse excitation.
  • the test voltage signal U(t) and the current response signal l(t) are then converted to the frequency domain using Fourier or Laplace transformation and divided by one another to obtain the transfer function.
  • a plurality of, for example sinusoidal, test voltage signals U n (t) can be impressed one after the other at different frequencies f n and the respective current response signals l n (t) can be recorded.
  • measurement points can be constructed in the frequency domain and the transfer function can be obtained by dividing curves fitted to the measurement points in the frequency domain.
  • the resonance frequency and the frequency-dependent conversion efficiency of the ultrasonic membrane 10 of the ultrasonic sensor 1, 100 can advantageously be derived from the determined transfer function (example of the signal characteristic). It can therefore serve as a basis for determining suitable operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100, which can then be implemented (adapted) accordingly by the third unit in step S3.
  • Fig. 7 shows a flow chart that illustrates processing of the assessment unit 53 of further advantageous developments of the embodiment.
  • Fig. 7 shows advantageous details of an embodiment of step S2 in Fig. 5.
  • step S21 the assessment unit 53 in decision block S211 initially assesses the necessity (requirement) of an application. adjustment of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100. For example, the assessment unit 53 compares a sensor characteristic stored in a memory area of the assessment unit 53, which corresponds to the currently set operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100, with the sensor characteristic determined in step S1. For example, the assessment unit 53 determines a similarity parameter that indicates a deviation between the sensor characteristics.
  • the similarity parameter can be, for example, a correlation coefficient or an integral over a difference in the sensor characteristics.
  • the assessment unit 53 decides that an adjustment of the operating parameters of the ultrasonic sensor 100 is necessary (Y at S21 1 in Fig. 7). Otherwise, the assessment unit 53 decides that no adjustment is necessary (N at S21 1 in Fig. 7), and the method ends. Accordingly, unnecessarily frequent recalibrations can advantageously be avoided. Otherwise (Y at S21 1 in Fig. 7), the process continues with step S22.
  • step S22 the assessment unit 53 assesses whether an adjustment of the operating parameter(s) of the ultrasonic sensor 1, 100 is appropriate. An adjustment is considered appropriate in particular if it is assessed in step S22 that the deviation determined in step S21 is due to a coating (application of the coating layer 26 or application of an additional coating layer to the outer surface 11 of the ultrasonic membrane 10) of the ultrasonic sensor 100. Details of the decision as to whether the deviation is due to a coating are discussed below in several further advantageous developments.
  • the assessment unit 53 first executes the decision block S221 in step.
  • decision block S221 the assessment unit 53 checks whether the deviation determined in step S21, ie the similarity parameter, is smaller than a second predetermined threshold value, which is greater than the (first) predetermined threshold value, which is smaller than is the similarity parameter. This means that the assessment unit 53 checks whether the similarity parameter is between a first and a second threshold value. If this is not the case, ie if the similarity parameter also exceeds the second threshold value, the method ends (N at S221). In this case, it is assumed that the deviation is so large that it is not due to a coating of the ultrasonic membrane 10, but to another fault condition such as contamination or icing. Otherwise (Y at S221), the process continues with decision block S222.
  • decision block S221 the process branches to "Y" only if the deviation has already been above the first and optionally below the second threshold value for a predetermined number of ignition cycles of the motor vehicle 80 (Fig. 3). Otherwise, the process branches to "N" even if the deviation is above the first and below the second threshold value, and the method ends.
  • the usefulness of a recalibration is only determined if a deviation that is not too large is stable over a certain period of time.
  • the assessment unit 53 also executes the decision block S222 in step S22.
  • decision block S222 the assessment unit 53 causes the distance measuring unit 51 to carry out distance measurements with the ultrasonic sensor 1, 100 and with several other (not shown) ultrasonic sensors of the motor vehicle 80.
  • the assessment unit 53 judges that an adjustment of the operating parameters of the ultrasonic sensor 100 based on the determined sensor characteristic is currently not expedient (N in decision block S222), since the changed sensor characteristic of the Ultrasonic sensor 100 may be due to a temporary impairment, such as contamination or icing of the ultrasonic membrane 10 or another obstacle in the vicinity of the ultrasonic sensor 1, 100, and the method ends. Otherwise (Y at S221), either the appropriateness of an adjustment can be determined or, as shown in Fig. 7, the process continues with decision block S223.
  • Fig. 8 shows an assessment unit 53 according to a fifth advantageous development. Reference is made to Fig. 1, 3 and 8.
  • a lookup table 55 is stored in the assessment unit 53 of the fifth development.
  • Several predefined sensor characteristics 56 and several sets of operating parameter values 57 are stored in the lookup table 55.
  • a respective data set 58 in the lookup table comprises one of the sensor characteristics 56 and an associated set of the sets of operating parameter values 57.
  • the data sets 58 are created in the supplier company and stored in the lookup table 55.
  • the data sets 58 are measured by calibration measurements carried out in a laboratory environment with appropriate measuring devices on different configurations of the ultrasonic sensor 1, 100.
  • a first data set 581 can include a sensor characteristic 561 determined on the unpainted ultrasonic sensor 1 (Fig.
  • a second 582 of the data sets 58 can include a sensor characteristic 562 determined on the painted ultrasonic sensor 100 and associated operating parameter values 572 determined as optimal on the painted ultrasonic sensor 100.
  • Other data sets 58 can include sensor characteristics 56 determined on ultrasonic sensors 100 provided with other types of paint or with multiple paint layers 26 and associated operating parameter values 57 determined as optimal. In this way, an automotive supplier can measure many expected scenarios with different expected paint consistencies and numbers of paint layers 26 in the laboratory and store the information obtained on sensor characteristics 56 and associated optimal operating value sets 57 in the lookup table 55 of the assessment unit 53. Reference is made to Fig. 1, 3, 7 and 8.
  • the assessment unit 53 also executes the decision block S223 in step S22 to assess whether a deviation detected in step S21 is due to a paint finish.
  • the assessment unit 53 compares the sensor characteristic determined in step S1 (Fig. 5) with each of the sensor characteristics 56 stored in the look-up table 53.
  • a deviation between the sensor characteristic determined in step S1 and the respective sensor characteristic 56 of the look-up table 55 can be determined and agreement can be established if the deviation is smaller than a predetermined threshold value.
  • the assessment unit 53 judges that an adjustment of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100 is appropriate because a change in the paintwork has been made and must therefore be carried out (Y in decision block S223). In this case, the assessment unit 53 looks up the operating parameter values 57 associated with the matching sensor characteristics 56 in the lookup table 55 and transfers the associated set of operating parameters 574 to the calibration unit 54 for implementation.
  • the method can end without recalibration.
  • the assessment unit 53 continues with decision block S224.
  • Fig. 9 shows an assessment unit 53 according to the sixth advantageous development.
  • the assessment unit 53 of the sixth advantageous development has a model 59.
  • the model 59 is designed to output an assessment 60 in response to an input of the sensor characteristic 560 determined in step S1 (Fig. 5) into the model 59, which indicates whether an adjustment of the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100 can be expedient because, according to the model, the determined sensor characteristic 560 is assessed as being compatible with one of several painting scenarios of the ultrasonic membrane 10 (Fig. 1, 3).
  • the model 59 is designed to arranged, at least if the assessment 60 is positive, in response to the input of the specific sensor characteristic 560, to further output operating parameters 574 which promise efficient operation of an ultrasonic sensor 1, 100 with the specific sensor characteristic 560.
  • the assessment unit 53 of the fifth development enters the sensor characteristic 560 determined in step S1 (Fig. 5) into the model 59 and judges according to the assessment 60 whether the operating parameters need to be adjusted. If yes (Yes at S224), the set of operating parameters 574 output by the model is provided to the calibration unit 54 for implementation. If no (No at S224), an adjustment of the operating parameters is not appropriate and the method ends without recalibration.
  • the model 59 of the sixth further development can be a physical model that arrives at the assessment 60 and the proposed set of operating parameter values 574 by analytical means.
  • the model 59 can be a data-based model, such as a statistical model with several adjustable parameters, or a neural network, such as a deep neural network.
  • the parameters of the statistical model or the triggering probabilities of neurons of the deep neural network can have been suitably trained by training with training data sets in the supplier company.
  • the training data sets used can in particular be the same data sets 58 as those described in detail for the fifth further development as stored in the lookup table 55 with reference to Fig. 8. This means that the data-based model 59 can have been trained with predefined sensor characteristics 56 as training input data and the associated optimal operating parameter values 57 determined experimentally in a laboratory environment as training output data.
  • the assessment unit 53 can have both the lookup table 55 (Fig. 8) and the model 59 (Fig. 9).
  • the lookup table 55 and the associated decision block S223 can also be dispensed with. This is especially true if decision block S224 with the model-based assessment is present, which is, however, optional.
  • the assessment of the expediency of adjusting the operating parameters based on the multiple environmental measurements (decision block S222) and the assessment of the necessity and/or expediency based on the comparison with a stored sensor characteristic (decision blocks S211, S221) are each optional features.
  • the operating parameter values 574 to which the operating parameters are to be adjusted by the calibration unit 54, are taken from a look-up table 55 and/or determined by a model 59.
  • the operating parameters 574 to which the operating parameters of the ultrasonic sensor 1, 100 are to be adjusted, directly from the sensor characteristic 560 determined in step S1. If the sensor characteristic 560 is, for example, a transfer function, the operating frequency of the ultrasonic sensor 1, 100 can, for example, be adjusted to a frequency at which the transfer function has a maximum (resonance frequency).
  • the amplitude of the control signal and/or the gain of the received signal can be selected depending on a ratio of the value of the transfer function at the other frequency to the value of the transfer function at the maximum in order to compensate for a reduced conversion efficiency caused by the shifted position of the operating frequency by amplification.
  • the functionality of the characteristic determination unit 52 (first unit 52), the assessment unit 53 (second unit 53), and the calibration purity unit 54 (third unit 54) together with the distance measuring unit 51 in a common control device 50 is also conceivable to provide the characteristic determination unit 52 (first unit 52), the assessment unit 53 (second unit 53), and the calibration unit 54 (third unit 54) in a separate control device which, when installed in a motor vehicle 80, is communicatively connected to a distance measuring control device which contains the distance measuring unit 51 via the signal line 18. Accordingly, the distance measuring unit 51 is not a necessary feature of the proposed control unit 50.
  • the ultrasonic sensor 1, 100 can also be an ultrasonic sensor 1, 100 with an integrated control device 52-54.

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Abstract

Es wird eine Steuereinrichtung (50) für einen Ultraschallsensor (1, 100) eines Kraftfahrzeugs (80) vorgeschlagen. Die Steuereinrichtung (50) weist auf: eine erste Einheit (52), die dazu eingerichtet ist, im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs (80) eine Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors (1, 100) zu bestimmen; eine zweite Einheit (53), die dazu eingerichtet ist, die bestimmte Sensorcharakteristik dahingehend zu beurteilen, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors (1, 100) anzupassen ist; und eine dritte Einheit (54), die dazu eingerichtet ist, den Betriebsparameter des Ultraschallsensors (1, 100) basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik anzupassen, wenn die zweite Einheit (53) beurteilt, dass der Betriebsparameter anzupassen ist.

Description

STEUEREINRICHTUNG UND BETRIEBSVERFAHREN FÜR EINEN
ULTRASCHALLSENSOR, ULTRASCHALLSENSOR, SATZ AUS STEUEREINRICHTUNG
UND ULTRASCHALLSENSOR UND KRAFTFAHRZEUG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen Ultraschallsensor, ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors, einen Ultraschallsensor einen Satz aus der Steuereinrichtung und dem Ultraschallsensor, und ein Kraftfahrzeug.
Moderne Kraftfahrzeuge werden mit Ultraschallsensoren ausgestattet, die eine Vermessung einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch Aussenden und Empfangen eines Ultraschallsignals gestatten. Die solchermaßen gewonnenen Informationen über die Fahrzeugumgebung können von einem Fahrerassistenzsystem ausgewertet werden, um Warnungen für den Fahrer zu generieren, autonomes Einparken oder teil- oder vollautonomes Fahren zu ermöglichen.
Eine Ultraschallmembran des Ultraschallsensors, die die Ultraschallsignale aussendet und empfängt, wird dabei bündig mit einer Außenhaut des Kraftfahrzeugs montiert und ist daher von außen sichtbar. Demgemäß besteht der Kundenwunsch, dass die Ultraschallmembran in der gleichen Farbe lackiert sein soll wie die Außenhaut des Kraftfahrzeugs.
Durch Lackieren verändern sich Masse und Steifigkeit der Ultraschallmembran. Dementsprechend verändert sich auch die Resonanzfrequenz und/oder die Wandlungseffizienz der Ultraschallmembran, was beim Betrieb des Ultraschallsensors zu berücksichtigen ist.
Herkömmlicherweise werden Ultraschallsensoren im Herstellerbetrieb des Ultraschallsensors, also in einem Zuliefererbetrieb, in Großserie lackiert und kalibriert. Die Kalibrierung des jeweiligen Ultraschallsensors erfolgt bereits beim Zuliefererbetrieb anhand eines lackierten Prototyps der jeweiligen Großserie, der unter Laborbedingungen untersucht wird. Jedoch möchte ein Kunde sein Automobil möglicherweise später erneut in einer anderen Farbe lackieren lassen. Auch ist es logistisch schwer darstellbar, Ultraschallsensoren in allen möglichen Lackierungen als Ersatzteile im Aftermarket vorzuhalten. Zudem stellen Premium- Fahrzeughersteller teilweise Kleinserien mit Sonderlackierungen her, für die eine Bestellung eines vorlackierten Ultraschallsensors in Großserie unwirtschaftlich wäre.
Die DE 20 2004 021 873 U1 offenbart einen Membrantopf für einen Ultraschallwandler mit einer Wandung zum Tragen einer Membran, die zu Schwingungen anregbar ist, wobei der Membrantopf zumindest im Bereich der Membran zumindest an der Außenseite des Membrantopfes mit einer galvanischen Beschichtung versehen ist. Eine Dicke der Membran ist so gewählt, dass der Membrantopf nach einem Aufbringen der galvanischen Schicht eine vorgegebene Resonanzfrequenz aufweist.
Die EP 1 855 093 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts eines Gehäuses eines Ultraschallsensors. Das Verfahren umfasst das Messen der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts mit einer Messeinrichtung; Vergleichen der gemessenen Resonanzfrequenz mit einem vorher festgelegten Schwellwert einer Soll-Resonanzfrequenz; und Herstellen eines Werkstoffabtrags oder -auftrags an dem Schwingungsabschnitt anhand des Vergleichens zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Lackieren von Ultraschallsensoren nach Verlassen des Herstellerbetriebs zu ermöglichen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird zur Lösung der Aufgabe eine Steuereinrichtung für einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, die aufweist: eine erste Einheit, die dazu eingerichtet ist, im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs eine Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors zu bestimmen; eine zweite Einheit, die dazu eingerichtet ist, die bestimmte Sensorcharakteristik dahingehend zu beurteilen, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors anzupassen ist; und eine dritte Einheit, die dazu eingerichtet ist, den Betriebs- parameter des Ultraschallsensors basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik anzupassen, wenn die zweite Einheit beurteilt, dass der Betriebsparameter anzupassen ist.
Wenn ein Kraftfahrzeug mit der vorgeschlagenen Steuereinrichtung ausgestattet ist, kann die Steuereinrichtung im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs eine Neukalibrierung des Ultraschallsensors vornehmen, wenn der Ultraschallsensor, beispielsweise durch einen Eigentümer des Kraftfahrzeugs, durch einen Reparaturbetrieb bei Einbau eines Aftermarket- Ersatzteils, oder bei der Herstellung einer Kleinserie nach Verlassen des Werks des Herstellers des Ultraschallsensors, nachlackiert wurde. Daher können Veränderungen der Eigenschaften der Ultraschallmembran durch die Nachlackierung wegkalibriert werden, und eine unverändert hohe Leistung des Ultraschallsensors kann vorteilhafterweise aufrechterhalten werden.
Unter "im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs" ist insbesondere zu verstehen, dass beim Durchführen der vorgeschlagenen Funktionalität des Bestimmens und Beurteilens einer Sensorcharakteristik und abhängig von der Beurteilung des Anpassens des Betriebsparameters keine Laborbedingungen vorliegen. Die vorgeschlagene Funktionalität der Einheiten der Steuereinrichtung ist also keine Diagnosefunktionalität, die nur in einem Werkstattmodus aktiviert wird, sondern vielmehr eine betriebliche Funktionalität. Die vorgeschlagene Funktionalität kann beispielsweise regelmäßig, oder beispielsweise nach jedem Betätigen einer Zündung oder einer Starttaste des Kraftfahrzeugs, oder nach jedem Einschalten der Steuereinrichtung, oder dergleichen durchgeführt werden. Bei Durchführung der vorgeschlagenen Funktionalität liegen also Realbedingungen vor. Das heißt, es könnte sich ein Hindernis im Sichtbereich des Ultraschallsensors befinden, der Ultraschallsensor könnte auch verschmutzt, beschädigt oder vereist sein. Mit "Regelbetrieb" ist auch insbesondere die bestimmungsgemäße Nutzung des Kraftfahrzeugs nach dessen Herstellung gemeint.
Das Bestimmen der Sensorcharakteristik umfasst insbesondere ein Messen der Sensorcharakteristik. Das "Beurteilen, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors anzupassen ist" kann umfassen, zu beurteilen, ob eine Anpassung des Ultraschallsensors erforderlich ist, und/oder zu beurteilen, ob eine Anpassung des Ultraschallsensors möglich und zweckdienlich ist.
Beispielsweise kann eine Anpassung des Ultraschallsensors nur erforderlich sein, wenn sich die Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors verändert hat. Beispielsweise kann eine Anpassung des Ultraschallsensors nur möglich und zweckdienlich sein, wenn der Ultraschallsensor nicht verschmutzt, vereist oder von einem Hindernis verdeckt ist.
Unter "Anpassen des Betriebsparameters" kann auch ein Kalibrieren oder Nachkalibrieren des Ultraschallsensors verstanden werden.
Der Betriebsparameter des Ultraschallsensors kann ein Betriebsparameter sein, mit dem die Steuereinrichtung oder eine weitere Steuereinrichtung den Ultraschallsensor betreibt. Der Betriebsparameter des Ultraschallsensors kann aber auch ein Betriebsparameter sein, den der Ultraschallsensor selbst bei seinem Betrieb berücksichtigt.
Demgemäß kann das Anpassen des Betriebsparameters umfassen, einen Betriebsparameter der betreffenden Steuereinrichtung anzupassen, mit dem die Steuereinrichtung den Ultraschallsensor betreibt. Das Anpassen des Betriebsparameters kann auch umfassen, den angepassten Betriebsparameter auf dem Ultraschallsensor einzustellen, beispielsweise durch Übermittlung des angepassten Betriebsparameters in Verbindung mit einem Befehl zum Anpassen oder dergleichen an den Ultraschallsensor.
Verschiedene Ausführungsformen, die ein automatisiertes Beurteilen der Notwendigkeit, Möglichkeit und Zweckdienlichkeit einer Anpassung der Anpassung des Betriebsparameters durch die Steuereinrichtung gestatten, werden nachfolgend erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Beurteilen der zweiten Einheit, eine Abweichung der bestimmten Sensorcharakteristik von einer in der zweiten Einheit hinterlegten Sen- sorcharakteristik zu bestimmen, die aktuellen Betriebsparameterwerten des Ultraschallsensors entspricht.
Demgemäß kann vorteilhafterweise automatisiert beurteilt werden, ob sich die Sensorcharakteristik verändert hat und somit eine Anpassung des Betriebsparameters erforderlich ist.
Beispielsweise kann ursprünglich eine vorab - beispielsweise im Labor bei Herstellung des Ultraschallsensors oder eines Prototyps davon - festgelegte oder gemessene Sensorcharakteristik in der zweiten Einheit hinterlegt sein. Wenn die zweite Einheit beurteilt, dass ein Betriebsparameter anzupassen ist, kann sie die hinterlegte Sensorcharakteristik mit der aktuell bestimmten Sensorcharakteristik oder mit einer Sensorcharakteristik, die dem Betriebsparameter nach dessen Anpassung entspricht, überschreiben.
Somit kann in der zweiten Einheit für Zwecke des Vergleichs stets eine Sensorcharakteristik hinterlegt sein, die dem aktuell eingestellten Betriebsparameter entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Beurteilen der zweiten Einheit, zu beurteilen, ob eine festgestellte Abweichung der bestimmten Sensorcharakteristik von der hinterlegten Sensorcharakteristik auf eine Lackierung einer Ultraschallmembran des Ultraschallsensors zurückzuführen ist, und nur dann zu beurteilen, dass der Betriebsparameter anzupassen ist, wenn die festgestellte Abweichung auf eine Lackierung der Ultraschallmembran zurückzuführen ist.
Demgemäß kann vorteilhafterweise zwischen einem Fall unterschieden werden, in dem eine Anpassung des Betriebsparameters zweckdienlich ist, nämlich wenn der Ultraschallsensor nachlackiert wurde, und einem Fall, in dem eine Anpassung des Betriebsparameters nicht zweckdienlich ist, nämlich wenn sich die Sensorcharakteristik aus anderen Gründen verändert hat und/oder die Sensorcharakteristik ungeeignet für eine Nachkalibrierung ist. Beispiele für andere Gründe, die von einer Lackierung zu unterscheiden ist, sind eine Verschmutzung des Ultraschallsensors, eine Vereisung des Ultraschallsensors und eine Beschädigung des Ultraschallsensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, durch Vergleichen einer mit dem Ultraschallsensor durchgeführten ersten Abstandsmessung mit einer mit demselben oder einem weiteren Ultraschallsensor durchgeführten zweiten Abstandsmessung zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist.
Der Betriebsparameter ist insbesondere dann anzupassen, wenn eine Abweichung der bestimmten Sensorcharakteristik von einer hinterlegten Sensorcharakteristik auf eine Lackierung zurückzuführen ist. Wenn sich die Messergebnisse zweier in zeitlichem Zusammenhang durchgeführten Abstandsmessungen mit demselben oder zwei verschiedenen Ultraschallsensor voneinander stark, d. h. beispielsweise um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert, voneinander unterscheiden, ist davon auszugehen, dass entweder ein vorübergehendes Hindernis im Nahbereich eines der Ultraschallsensoren vorliegt oder aber eine Verschmutzung, Vereisung oder Beschädigung eines der Ultraschallsensoren vorliegt und demgemäß eine Anpassung des Betriebsparameters aktuell nicht zweckdienlich ist. Wenn dagegen das Kraftfahrzeug neulackiert wird, würde sich die Neulackierung gleichermaßen auf das Messergebnis aller Ultraschallsensoren auswirken, und die verschiedenen Abstandsmessungen würden somit nicht stark voneinander abweichen, so dass in diesem Fall eine Anpassung des Betriebsparameters zweckdienlich sein kann.
Eine Abstandsmessung kann insbesondere das Ansteuern des Ultraschallsensors zum Aussenden eines Ultraschallsignals und Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals sowie das Bestimmen eines Abstands zu einem Hindernis in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs anhand einer Signallaufzeit zwischen Aussenden des Ultraschallsignals und Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals umfassen. Demgemäß ist vorteilhafterweise eine einfache Möglichkeit angegeben, wie auch ohne das Vorliegen von Laborbedingungen auf automatisierte Weise unterschieden werden kann, ob eine Anpassung des Betriebsparameters zweckdienlich ist, weil eine Veränderung der Sensorcharakteristik auf eine Lackierung zurückgeht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform speichert die zweite Einheit eine Nachschlagtabelle, in der mehrere vordefinierte Sensorcharakteristiken und zugehörige Betriebsparameterwerte gespeichert sind, die vorab durch Messungen an unterschiedlich lackierten Ultraschallsensoren unter Laborbedingungen ermittelt wurden, und die zweite Einheit ist dazu eingerichtet, durch Vergleichen der bestimmten Sensorcharakteristik mit den mehreren vordefinierten Sensorcharakteristiken zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist und/oder durch Nachschlagen in der Nachschlagtabelle einen Betriebsparameterwert zu ermitteln, auf den der Betriebsparameter von der dritten Einheit anzupassen ist.
Somit ist es vorteilhafterweise möglich, vorab im Labor einen jeweiligen Prototypen des Ultraschallsensors mit allen zu erwartenden Lackierungsarten (etwa mit unterschiedlichen Dicken, Materialkonsistenzen etc.) zu lackieren und für jeden der Prototypen mittels Labor- Messeinrichtungen den optimalen Betriebsparameter zu ermitteln. Die so gewonnenen Informationen können vorteilhafterweise in der Nachschlagtabelle abgelegt und später abseits des Labors dennoch für eine Nachkalibrierung des Ultraschallsensors verwendet werden.
Demgemäß ist vorteilhafterweise eine weitere einfache Möglichkeit angegeben, die alternativ oder zusätzlich zu anderen vorliegend offenbarten Möglichkeiten angewendet werden kann, um auf automatisierte Weise zu unterscheiden, ob eine Anpassung des Betriebsparameters zweckdienlich ist, weil eine Veränderung der Sensorcharakteristik auf eine bekannte Art von Lackierung zurückgeht, und gleichzeitig zudem direkt den Betriebsparameterwert anzugeben, auf den der Betriebsparameter einzustellen ist.
Insbesondere kann beurteilt werden, dass der Betriebsparameter anzupassen ist, wenn die bestimmte Sensorcharakteristik hinreichend ähnlich zu einer der vordefinierten Sensorcha- rakteristik und/oder einer aus mehreren der vordefinierten Sensorcharakteristiken interpolierten Sensorcharakteristik ist. Zudem kann in diesem Falle der Betriebsparameterwert, auf den der Betriebspartner in diesem Falle anzupassen ist, direkt der Nachschlagtabelle entnommen und/oder aus mehreren direkt der Nachschlagetabelle entnommenen Werten interpoliert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite Einheit ein physikalisches oder datenbasiertes Modell, das dazu eingerichtet ist, basierend auf einer in das Modell eingegebenen Sensorcharakteristik eine Beurteilung, ob ein Betriebsparameter anzupassen ist, und/oder einen Betriebsparameterwert, auf den der Betriebsparameter anzupassen ist, auszugeben, und die zweite Einheit ist dazu eingerichtet, die bestimmte Sensorcharakteristik in das physikalische oder datenbasierte Modell einzugeben und das physikalische oder datenbasierte Modell zu benutzen, um zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist und/oder einen Betriebsparameterwert zu ermitteln, auf den der Betriebsparameter von der dritten Einheit anzupassen ist.
Demgemäß ist vorteilhafterweise eine weitere Möglichkeit angegeben, die alternativ oder zusätzlich zu anderen vorliegend offenbarten Möglichkeiten angewendet werden kann, um auf automatisierte Weise auch ohne das Vorliegen von Laborbedingungen zu unterscheiden, ob eine Anpassung des Betriebsparameters zweckdienlich ist, weil eine Veränderung der Sensorcharakteristik auf eine modellierbare Lackierung zurückgeht, und gleichzeitig direkt den Betriebsparameterwert zu ermitteln, auf den der Betriebsparameter einzustellen ist.
Ein physikalisches Modell kann insbesondere ein Modell sein, das auf einer erkenntnisbasierten Modellierung der physikalischen Wirkzusammenhänge zwischen Dicke und Gewicht einer Lackschicht auf der Ultraschallmembran, der daraus resultierenden Sensorcharakteristik und der für die jeweilige Sensorcharakteristik optimalen Betriebsparameter beruht.
Ein datenbasiertes Modell kann insbesondere ein Modell sein, das mittels statistischer Methoden durch Analyse einer Vielzahl gemessener Sensorcharakteristiken bei unterschiedli- chen Lackierungen und einer Vielzahl durch Messung ermittelter optimaler Betriebsparameter erlangt werden kann, indem Parameter des datenbasierten Modells angepasst werden, bis eine bestmögliche Übereinstimmung der Vorhersagen des Modells mit der physikalischen Realität der Vielzahl von Messungen erreicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das datenbasierte Modell ein oder mehrere trainierte neuronale Netzwerke.
Beispielsweise kann ein erstes der neuronalen Netzwerke mit an unterschiedlich lackierten Ultraschallsensor-Prototypen gemessenen Sensorcharakteristiken als Eingangsdaten und den jeweils durch Messung bestimmten optimalen Betriebsparametern als Ausgangsdaten trainiert sein. Ein zweites der neuronalen Netzwerke kann mit an unterschiedlichen lackierten Ultraschallsensor-Prototypen einerseits und an unterschiedlich verschmutzten, vereisten oder beschädigten Ultraschallsensor-Prototypen andererseits gemessenen Sensorcharakteristiken als Trainigs-Eingangsdaten und einer jeweiligen zugehörigen Angabe, ob die betreffende Sensorcharakteristik von einem lackierten Ultraschallsensor-Prototyp oder von einem verschmutzten, vereisten oder beschädigten Ultraschall-Sensorprototyp stammt, als Trai- nigs-Ausgangsdaten trainiert sein.
Demgemäß sind vorteilhafterweise keine Kenntnisse über die physikalischen Wirkzusammenhänge erforderlich und es kann dennoch automatisiert und ohne das Vorliegen von Laborbedingungen beurteilt werden, ob und wie der Betriebsparameter zweckdienlich anzupassen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die jeweilige Sensorcharakteristik, die von der ersten Einheit bestimmt wird, eine Übertragungsfunktion von mechatronischen Komponenten des Ultraschallsensors, und die erste Einheit ist dazu eingerichtet, zum Bestimmen der Sensorcharakteristik dem Ultraschallsensor ein elektrisches Testsignal aufzuprägen und ein elektrisches Antwortsignal des Ultraschallsensors zu erfassen. Demgemäß erfolgt eine rein elektrische Charakterisierung der Eigenschaften des Ultraschallsensors und seiner mechatronischen Komponenten. Somit ist es vorteilhafterweise nicht erforderlich, eine definierte Laborumgebung zu schaffen, um den Sensor charakterisieren zu können. Das Ergebnis der Bestimmung der Sensorcharakteristik ist vorteilhafterweise unabhängig davon, ob der Ultraschallsensor im Freien befindet oder ob beispielsweise ein Hindernis im Fernbereich, wie eine Garagenwand, den Ultraschallsensor verdeckt.
Das elektrische Testsignal kann ein Spannungssignal oder ein Stromsignal sein, und das elektrische Antwortsignal kann ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein.
Die Übertragungsfunktion kann vorteilhafterweise sämtliche zur Bestimmung des Betriebsparameters, wie eine Betriebsfrequenz, einer Sendesignalamplitude oder einer Empfangssignalverstärkung, erforderlichen Daten enthalten.
Die mechatronischen Komponenten des Ultraschallsensors umfassen das mechatronische System, das mit dem Testsignal angesteuert wird und von dem das Empfangssignal empfangen wird, und umfassen beispielsweise die Ultraschallmembran, ein an dieser von innen befestigtes Schallwandlerelement sowie eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Betriebsparameter, der von der dritten Einheit angepasst wird, einen oder mehrere der folgenden Parameter: eine Betriebsfrequenz, mit der eine Ultraschallmembran des Ultraschallsensors zu Schwingungen angeregt wird, eine Amplitude eines Ansteuersignals, mit dem eine Treiberschaltung des Ultraschallsensors ein Schallwandlerelement des Ultraschallsensors ansteuert, und eine Verstärkung, mit der ein von dem Schallwandlerelement an die Treiberschaltung ausgegebenes Empfangssignal verstärkt wird.
Demgemäß kann vorteilhafterweise adäquat auf veränderte Eigenschaften der Ultraschallmembran durch eine aufgebrachte Lackierung reagiert werden. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs; Beurteilen der bestimmten Sensorcharakteristik dahingehend, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors anzupassen ist; und Anpassen des Betriebsparameters des Ultraschallsensors basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik, wenn beurteilt wurde, dass der Betriebsparameter anzupassen ist.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, umfassend Anweisungen, die bei Ausführung durch ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs das Steuergerät dazu veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder einer seiner Ausführungsformen auszuführen.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Ultraschallsensor vorgeschlagen, der eine Ultraschallmembran, ein an einer Innenseite der Ultraschallmembran angeordnetes Schallwandlerelement zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran, eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements sowie die Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ultraschallmembran des Ultraschallsensors wenigstens nicht endlackiert.
Die Ultraschallmembran kann insbesondere unlackiert sein.
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Satz vorgeschlagen, der umfasst: die Steuereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einer seiner Ausführungsformen und/oder das Computerprogrammprodukt gemäß dem dritten Aspekt und einen Ultraschallsensor, der eine Ultraschallmembran, ein an einer Innenseite der Ultraschallmembran angeordnetes Schallwand- lerelement zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran sowie eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements aufweist.
Der Ultraschallsensor und die zugehörige Steuereinrichtung mit der vorgeschlagenen Reka- librieru ngsfunktionalität werden vorzugsweise als Satz vertrieben, da die Steuereinrichtung beispielsweise Nachschlagtabellen oder Modelle von Ultraschallsensoren einer konkreten Bauart enthält, für deren Rekalibrierung sie eingerichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ultraschallmembran des Ultraschallsensors wenigstens nicht endlackiert.
Die Ultraschallmembran kann insbesondere unlackiert sein.
Dank der Merkmale der vorgeschlagenen Steuereinrichtung besteht vorteilhafterweise keine Notwendigkeit, die Membran des Ultraschallsensors werkseitig zu lackieren und den Ultraschallsensor werkseitig nach der Lackierung zu kalibrieren. Vielmehr kann das Lackieren des Ultraschallsensors dem Fahrzeughersteller oder dem Kunden überlassen werden und zum Beispiel erst im Rahmen der Endlackierung des Fahrzeugs oder einer Reparatur erfolgen.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Steuereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einer seiner Ausführungsformen, einen Ultraschallsensor gemäß dem vierten Aspekt oder einer seiner Ausführungsformen oder einen Satz gemäß dem fünften Aspekt oder einer seiner Ausführungsformen aufweist.
Die für die vorgeschlagenen Steuereinrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren, das vorgeschlagene Computerprogrammprodukt, den vorgeschlagenen Ultraschallsensor, den vorgeschlagenen Satz und das vorgeschlagene Kraftfahrzeug entsprechend. Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Ultraschallsensor;
Fig. 2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit dem Ultraschallsensor und einer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A in Fig. 1 des beispielhaften Ultraschallsensors;
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild des beispielhaften Ultraschallsensors;
Fig. 5 zeigt schematisch funktionale Einheiten der Steuereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 veranschaulicht Schritte eines Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das Verarbeitungsschritte einer Beurteilungseinheit gemäß vorteilhaften Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
Fig. 8 zeigt eine Beurteilungseinheit gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung; und
Fig. 9 zeigt eine Beurteilungseinheit gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ansicht eines beispielhaften Ultraschallsensors 1 , und Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt A-A in Fig. 1 des beispielhaften Ultraschallsensors 1. Es wird auf Fig. 1 und Fig. 2 Bezug genommen. Der Ultraschallsensor 1 weist ein Plastikgehäu- se 2 mit einem Gehäusekorpus 3, einem Überwurfring 4, einem Deckel 5 und einem Erweiterungsabschnitt 6 auf.
Auf eine Kante 7 des Gehäusekorpus, die eine Öffnung 8 des Gehäusekorpus 3 umgibt, ist ein Membrantopf 9 aufgesetzt und mit dem Überwurfring 4 an dem Gehäusekorpus 3 des Kunststoffgehäuses 2 gesichert. Der Membrantopf 9 weist eine Topfform auf, und ein Boden der Topfform bildet eine Ultraschallmembran 10 aus. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die gesamte Ultraschallmembran, und das Bezugszeichen 1 1 bezeichnet eine Außenoberfläche der Ultraschallmembran 10. Im Speziellen ist die Außenoberfläche der Ultraschallmembran 10 blank oder liegt frei. Das heißt, die Außenoberfläche 1 1 der Ultraschallmembran ist nicht lackiert (unlackiert).
An eine der Außenoberfläche 11 gegenüberliegende Innenoberfläche der Ultraschallmembran 10 ist ein Piezoelement 12 (Beispiel für ein Schallwandlerelement) angebracht. Das Pie- zoelement 12 ist mittels zwei in Abschnitte des Gehäusekorpus 3 verpresster erster Kontaktstifte 13 (in der Schnittansicht in Fig. 2 ist nur einer der beiden ersten Kontaktstifte 13 zu sehen) elektrisch mit einer Treiberschaltung 16 verbunden, die auf einer in dem Gehäusekorpus 3 aufgenommenen Leiterplatte 14 montiert ist. Hierbei stellen (nicht gezeigte) Leiterbahnen der Leiterplatte 14 den Kontakt zwischen der Treiberschaltung 16 und den Kontaktstiften 13 her, und zwei feine lose Drähte 15 stellen den Kontakt zwischen den Kontaktstiften 13 und dem Piezoelement 12 her. Die feinen losen Drähte 15 sorgen für eine Schwingungsentkopplung zwischen der in dem starren Gehäusekorpus 3 aufgenommenen Leiterplatte 10 mit den ersten Kontaktstiften 13 einerseits und der schwingenden Ultraschallmembran 10 mit dem daran angebrachten Piezoelement 12 andererseits.
Die Treiberschaltung 16 ist außerdem mit mindestens zwei in den Gehäusekorpus 3 und den Erweiterungsabschnitt 6 eingepressten zweiten Kontaktstiften 17 kontaktiert. Die zweiten Kontaktstifte 17 stellen eine elektrische Verbindung der Treiberschaltung 16 nach außen her. Fig. 3 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 80 mit einem Ultraschallsensor 100 und einer
Steuereinrichtung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Steuereinrichtung 50 ist über eine Signalleitung 18 mit dem Ultraschallsensor 100 (mit den zweiten Kontaktstiften 17, Fig. 2) verbunden. Der Ultraschallsensor 100 ist in ein Karosseriebauteil, wie beispielsweise einen Frontkotflügel 24, des Kraftfahrzeugs 80 eingebaut. In einer im Wesentlichen runden Öffnung 25 des Frontkotflügels 24 ist die Ultraschallmembran 10 des Ultraschallsensors 100 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass in Fig. 3 eine Größe der Öffnung 25 und der Ultraschallmembran 10 übertrieben dargestellt ist.
Bei dem Frontkotflügel 24 handelt es sich um ein in einer vorgegebenen Farbe lackiertes Karosseriebauteil. Es besteht daher künden- und herstellerseitig die Anforderung, auch die Ultraschallmembran 10 in derselben Farbe zu lackieren wie den Frontkotflügel 24. Somit liegt in Fig. 3 die Außenoberfläche 11 (Fig. 1 , 2) der Ultraschallmembran 10 nicht frei. Vielmehr ist auf die Außenoberfläche 11 (Fig. 1 , 2) der Ultraschallmembran 10 eine Lackschicht 26 aufgetragen. Insofern im Folgenden zwischen einem lackierten Ultraschallsensor 100 mit der Lackschicht 26 und einem nicht lackierten Ultraschallsensor 1 ohne die Lackschicht 26 unterschieden werden soll, wird das Bezugszeichen 1 für den nicht lackierten Ultraschallsensor 1 (Fig. 1 ) und das Bezugszeichen 100 für den lackierten Ultraschallsensor 100 (Fig. 2) verwendet. Bis auf die Lackschicht sind die Ultraschallsensoren 1 , 100 identisch ausgestaltet und konfiguriert. Es kann sich bei den Ultraschallsensoren 1 , 100 um einen selben Ultraschallsensor 1 , 100 vor bzw. nach dem Lackieren handeln.
Zunächst wird unter Bezug auf Fig. 1 bis Fig. 3 schematisch ein Regelbetrieb des Ultraschallsensors 1 , 100 zum Zwecke der Durchführung einer Abstandsmessung beschrieben. Der Abstandsmessbetrieb wird insbesondere von einer Abstandsmesseinheit 51 der Steuereinrichtung 50 durchgeführt. Im Abstandsmessbetrieb sendet die Abstandsmesseinheit 51 ein Befehlssignal über die Signalleitung 18 an die T reiberschaltung 16. In Reaktion auf das Befehlssignal generiert die Treiberschaltung 16 ein Ansteuersignal für das Piezoelement 12 und gibt dieses über die ersten Kontaktstifte 13 und die feinen losen Drähte 15 an das Pie- zoelement 12 aus. Das Ansteuersignal veranlasst das Piezoelement 12 dazu, die Ultraschallmembran 10 zu Schwingungen anzuregen, wodurch ein Ultraschallsignal in Axialrichtung 19 in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs 80 ausgestrahlt wird. Falls das Ultraschallsignal in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 80 auf ein Hindernis trifft, kann es von dem Hindernis zu der Ultraschallmembran 10 zurück reflektiert werden und diese in Schwingungen versetzen. Die Schwingungen der Ultraschallmembran 10 werden von dem Piezoelement 12 erfasst, die ein für die Schwingungen der Ultraschallmembran 10 indikatives elektrisches Empfangssignal über die feinen losen Drähte 15 und die ersten Kontaktstifte 13 an die Treiberschaltung 16 ausgibt. Die Treiberschaltung 16 verstärkt das elektrische Empfangssignal und überträgt das verstärkte elektrische Empfangssignal über die zweiten Kontaktstifte 17 und die Signalleitung 18 an die Abstandsmesseinheit 51 der Steuereinrichtung 50. Die Abstandsmesseinheit 50 kann sodann anhand einer Laufzeitdifferenz zwischen Aussenden des Ultraschallsignals (des Befehlssignals) und Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals (des verstärkten elektrischen Empfangssignals) den Abstand zu dem Hindernis in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 80 ermitteln.
Dieser Abstandsmessbetrieb des Ultraschallsensors 1 wird von mehreren Betriebsparametern beeinflusst. Dies sind insbesondere die Betriebsfrequenz, mit der die Ultraschallmembran 10 zu Schwingungen angeregt wird, die Amplitude des Ansteuersignals für das Piezoelement 12, die mit einer Amplitude des ausgesendeten Ultraschallsignals korreliert, und die Verstärkung, mit der die Treiberschaltung 16 das elektrische Empfangssignal verstärkt.
Der Ultraschallsensor 1 wird werkseitig vorkalibriert. Hier und im Folgenden wird unter Kalibrieren das Setzen oder Anpassen der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 verstanden. Hierbei können die Betriebsparameter beispielsweise in der Abstandsmesseinheit 51 gespeichert und zum Bilden des Befehlssignals verwendet werden und/oder mit jedem Befehlssignal an die Treiberschaltung 16 übermittelt werden. Die Betriebsparameter können jedoch alternativ auch direkt in der Treiberschaltung 16 gespeichert und beim Kalibrieren direkt dort eingestellt werden. Im Rahmen der Kalibrierung eines Ultraschallsensors 1 besteht ein Ziel darin, den Ultraschallsensor 1 mit oder möglichst nahe an einer Resonanzfrequenz des schwingenden Systems aus Ultraschallmembran 10 und daran angebrachtem Piezoelement 12 zu betreiben, da bei der Resonanzfrequenz die Wandlungseffizienz des Systems optimal ist. Die Amplitude des Ansteuersignals und die Verstärkung für das Empfangssignals werden sodann beispielsweise auf experimentellem Wege durch eine Laboruntersuchung in einer standardisierten Umgebung derart eingestellt, dass sich für die verstärkten Empfangssignale ein erwünschtes Signal-Rausch-Verhältnis ergibt.
Die Lackschicht 26, die beispielsweise eine Dicke von 100 bis 140 pm aufweist, verändert die Masse und Steifigkeit der Ultraschallmembran 10. Demgemäß verändert sich beim Lackieren der Ultraschallmembran 10 auch die Resonanzfrequenz der Ultraschallmembran 10. Dementsprechend wurde herkömmlich die Lackschicht 26 bereits im Werk des Zulieferers aufgebracht, der den Ultraschallsensor 100 herstellt, und die vorstehend geschilderte Kalibrierung erfolgte im Werk des Zulieferers an dem bereits lackierten Ultraschallsensor 100.
Jedoch sind Szenarien denkbar, in denen die Lackschicht 26 erst im Aftermarket auf die Ultraschallmembran 10 des unlackierten Ultraschallsensors 1 aufgebracht werden soll. Auch sind Szenarien denkbar, in denen ein bereits lackierter Ultraschallsensor 100 erneut lackiert wird, etwa wenn das bereits gebrauchte Kraftfahrzeug 80 neulackiert wird. In diesen Szenarien verschlechtert sich jeweils die Leistung eines herkömmlichen Ultraschallsensors.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird daher vorgeschlagen, die Steuereinrichtung 50 mit Funktionalität (52-54 in Fig. 4) zu versehen, die eine dynamische Rekalibrierung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 während eines Regelbetriebs des Kraftfahrzeugs 80, d. h., während das Kraftfahrzeug 80 im Besitz des Kunden ist, ermöglicht.
Fig. 4 zeigt schematisch funktionale Einheiten 51 -54 der Steuereinrichtung 50 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Fig. 5 veranschaulicht Schritte eines Verfahrens zum Betreiben des Ultraschallsensors 1 , 100 (Fig. 1 , 3) gemäß dem Ausführungsbeispiel. Die Steuereinrichtung 50 des Ausführungsbeispiels umfasst neben der vorstehend beschriebenen Abstandsmesseinheit 51 außerdem eine Charakteristik-Bestimmungseinheit 52 (Beispiel für eine "erste Einheit"), eine Beurteilungseinheit 53 und eine Kalibriereinheit 54.
In Schritt S1 des Verfahrens bestimmt die Charakteristik-Bestimmungseinheit 52 eine Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors 1 , 100 (Fig. 1 , Fig. 3).
Um zu verdeutlichen, dass eine Bestimmung einer Sensorcharakteristik im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist, sei zunächst angemerkt, dass die Ultraschallmembran 10 (Fig. 2) mit dem daran angebrachten Piezoelement 12 (Fig. 2) und die Treiberschaltung 16 (Fig. 2) jeweils als Komponenten eines mechatronischen Systems aufgefasst werden können.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Äquivalentschaltbild des mechatronischen Systems des Ultraschallsensors 1 , 100. Es wird auf Fig. 1 -3 und Fig. 6 Bezug genommen. Das mechatronische System kann als Parallelschwingkreis mit einem Widerstand 21 , einer Induktivität 22 und einer Kapazität 23 aufgefasst werden. Eine Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises entspricht hierbei einer Eigenfrequenz der Ultraschallmembran 10, das heißt, einer Frequenz, mit welcher die Ultraschallmembran 10 besonders effizient Ultraschallsignale aussendet bzw. bei welcher die Wandlungseffizienz des Systems aus Ultraschallmembran 10 und Piezoelement 12 maximal ist. Das heißt, Dissipation elektrischer Energie am Widerstand 21 entspricht der Abstrahlung von Energie in Form einer Ultraschallwelle, während die Induktivität 22 und die Kapazität 23 der Nachgiebigkeit und der Masse der Ultraschallmembran 10 entsprechen, die die Wandlungseffizienz beeinflussen.
Es wird daher deutlich, dass eine rein elektrische Charakterisierung des Ultraschallsensors
1 , 100 möglich ist, die nicht auf das Vorhandensein definierter Laborbedingungen im Umfeld des Kraftfahrzeugs 80 angewiesen ist. Die Sensorcharakteristik, die in Schritt S1 bestimmt wird, ist mithin insbesondere eine analytisch oder numerisch dargestellte Funktion, die durch Vermessen des mechatronischen Systems 10, 12, 16 des Ultraschallsensors 1 , 100 ermittelt wird und die ein Ansprechverhalten des mechatronischen Systems 10, 12, 16 des Ultraschallsensors 1 , 100 beschreibt.
Es sei noch einmal betont, dass der Schritt S1 nicht im Werk des Zulieferbetriebs, sondern im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs 80 durchgeführt wird. Beispielsweise kann Schritt S1 in Reaktion auf das Betätigen einer Zündung des Kraftfahrzeugs 80 oder auch in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt werden.
Es wird weiter auf Fig. 1 , 3, 4 und 5 Bezug genommen. In Anschluss an Schritt S1 beurteilt in Schritt S2 die zweite Einheit die in Schritt S1 bestimmte Sensorcharakteristik dahingehend, ob mindestens einer der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 anzupassen ist. Anders ausgedrückt wird beurteilt, ob durch Anpassen der Betriebsparameter an die bestimmte Sensorcharakteristik die Wandlungseffizienz des Ultraschallsensors 1 , 100 verbessert werden kann.
Wenn in Schritt S2 bestimmt wird, dass mindestens einer der Betriebsparameter anzupassen ist, passt in Schritt S3 die Kalibiereinheit 55 den Betriebsparameter basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik an. Beispielsweise kann die Betriebsfrequenz des Ultraschallsensors 100 verändert werden. Ist dies beispielsweise aufgrund technischer Randbedingungen nicht möglich oder nicht erwünscht, kann auch die Amplitude des Ansteuersignals und/oder die Verstärkung des Empfangssignals erhöht werden. Die angepassten Betriebsparameter werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Abstandsmesseinheit 51 der Steuereinrichtung 50 gespeichert und ab diesem Zeitpunkt von der Abstandsmesseinheit 51 bei nachfolgenden Abstandsmessungen mit dem Ultraschallsensor 1 , 100 implementiert.
Demgemäß kann die Steuereinrichtung 50 des Ausführungsbeispiels vorteilhafterweise eine dynamische Rekalibrierung des oder der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 vorbringen, wenn sich die Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors 1 , 100 beispielsweise aufgrund des nachträglichen Aufbringens der Lackschicht 26 oder weiterer Lackschichten verändert.
Dadurch wird es beispielsweise einem Automobil-Zulieferbetrieb möglich, unlackierte Ultraschallsensoren 1 auszuliefern, die erst nachträglich (After End of Line) lackiert werden, beispielsweise durch einen Automobilhersteller bei der Neuwagenproduktion oder auch durch eine Servicewerkstatt beim nachträglichen Austausch eines defekten Ultraschallsensors 100 gegen ein unlackiertes Aftermarket-Ultraschallsensors 1. Der Automobil-Zuliefererbetrieb kann somit vorteilhafte Vereinfachungen in der Produktion erzielen, indem unlackierte Ultraschallsensoren 1 sowohl als OEM-Bauteile zur Verwendung beim Neuwagenbau als auch als Aftermarket-Bauteile zur Verwendung im Service hergestellt und ausgeliefert werden kennen. Ein unlackierter Ultraschallsensor 1 kann insbesondere in einem Satz zusammen mit einer Steuereinrichtungen 50 gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgeliefert werden, die für die automatische Rekalibrierung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 sorgt, wenn diese in seinem späteren Leben erstlackiert oder nachlackiert wird. Automobilhersteller werden zudem in die Lage versetzt, Kleinserien in Sonderlackierung mit geringer Stückzahl herzustellen, bei denen eine zulieferseitige Lackierung aus betriebswirtschaftlichen Gründen nicht in Frage käme. Kunden können ihre Fahrzeuge erneut in einer anderen Farbe lackieren lassen, ohne dass sich die Eigenschaften der mitlackierten Ultraschallsensoren 100 verschlechtern.
Es werden nun vorteilhafte Weiterentwicklungen des Ausführungsbeispiels beschrieben.
Eine erste vorteilhafter Weiterbildung wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben. Gemäß der ersten vorteilhaften Weiterentwicklung handelt es sich bei der Sensorcharakteristik, die von der Charakteristik-Bestimmungseinheit 52 in Schritt S1 bestimmt wird, um eine Übertragungsfunktion der mechatronischen Komponenten (der Ultraschallmembran 9 mit dem daran angebrachten Piezoelement 12 und der Treiberschaltung 16) des Ultraschallsensors 1 , 100. Die Charakteristik-Bestimmungseinheit 52 prägt zur Bestimmung der Übertragungsfunktion dem Ultraschallsensor 1 , 100 ein Spannungssignal U(t) als Testsignal auf und misst die Stromantwort l(t) des Ultraschallsensors 1 , 100 in Reaktion auf das Spannungssignal U(t), um die Übertragungsfunktion zu bestimmen.
Insbesondere kann das Test-Spannungssignal U(t) vorzugsweise mehrere Signalanteile mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen. Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Test- Spannungssignal U(t) um eine impulsförmige Stoßanregung anhalten. Das Test- Spannungssignal U(t) und das Strom-Antwortsignal l(t) werden sodann per Fourier- oder Laplace-Transformation in den Frequenzbereich überführt und durcheinander dividiert, um die Übertragungsfunktion zu erhalten. Anstelle der impulsförmigen Stoßanregung können jedoch auch mehrere, beispielsweise sinusförmige, Test-Spannungssignale Un(t) bei unterschiedlichen Frequenzen fn nacheinander aufgeprägt und jeweilige Strom-Antwortsignale ln(t) erfasst werden. Auch in diesem Fall können Messpunkte im Frequenzbereich konstruiert und durch Division von an die Messpunkte gefitteten Kurven im Frequenzbereich die Übertragungsfunktion erhalten werden.
Demgemäß kann vorteilhaft eine rein elektrische Charakterisierung des Ultraschallsensors 1 , 100 stattfinden. Aus der bestimmten Übertragungsfunktion (Beispiel für die Signalcharakteristik) lässt sich vorteilhafterweise die Resonanzfrequenz und die frequenzabhängige Wandlungseffizienz der Ultraschallmembran 10 des Ultraschallsensors 1 , 100 ableiten. Sie kann demgemäß als Grundlage für die Bestimmung geeigneter Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 dienen, die sodann von der dritten Einheit in Schritt S3 entsprechend implementiert (angepasst) werden können.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das Verarbeitungen der Beurteilungseinheit 53 von weiteren vorteilhaften Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Anders ausgedrückt zeigt Fig. 7 vorteilhafte Details einer Ausgestaltung des Schritt S2 in Fig. 5.
Eine zweite vorteilhafte Weiterbildung wird anhand von Fig. 1 , 3, 4 und 7 beschrieben. In Schritt S21 beurteilt die Beurteilungseinheit 53 im Entscheidungsblock S211 gemäß der zweiten vorteilhaften Weiterbildung zunächst die Notwendigkeit (Erforderlichkeit) einer An- passung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100. Beispielsweise vergleicht die Beurteilungseinheit 53 hierzu ein in einem Speicherbereich der Beurteilungseinheit 53 hinterlegte Sensorcharakteristik, die aktuell eingestellten Betriebsparametern des Ultraschallsensors 1 , 100 entspricht, mit der in Schritt S1 bestimmten Sensorcharakteristik. Beispielsweise bestimmt die Beurteilungseinheit 53 einen Ähnlichkeitsparameter, der eine Abweichung zwischen den Sensorcharakteristiken angibt. Der Ähnlichkeitsparameter kann beispielsweise ein Korrelationskoeffizient oder ein Integral über eine Differenz der Sensorcharakteristiken sein. Ist eine durch den Ähnlichkeitsparameter angegebene Abweichung zwischen der hinterlegten Sensorcharakteristik und der bestimmten Sensorcharakteristik größer als ein vorgegebener Schwellwert, entscheidet die Beurteilungseinheit 53, dass eine Anpassung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 100 notwendig ist (J bei S21 1 in Fig. 7). Andernfalls entscheidet die Beurteilungseinheit 53, dass keine Anpassung notwendig ist (N bei S21 1 in Fig. 7), und das Verfahren endet. Demgemäß können unnötig häufige Neukalibrierungen vorteilhaft vermieden werden. Andernfalls (J bei S21 1 in Fig. 7) wird mit Schritt S22 fortgefahren.
In Schritt S22 beurteilt die Beurteilungseinheit 53 eine Zweckdienlichkeit einer Anpassung des oder der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100. Eine Anpassung wird insbesondere dann als zweckdienlich anzugehen, wenn in Schritt S22 beurteilt wird, dass die in Schritt S21 festgestellte Abweichung auf eine Lackierung (Aufbringen der Lackschicht 26 oder Aufbringen einer zusätzlichen weiteren Lackschicht auf die Außenfläche 11 der Ultraschallmembran 10) des Ultraschallsensors 100 zurückgeht. Details der Entscheidung, ob die Abweichung auf eine Lackierung zurückzuführen ist, werden nachfolgend an mehreren weiteren vorteilhaften Weiterbildungen besprochen.
Es wird auf Fig. 3, 4 und 7 Bezug genommen. Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung führt die Beurteilungseinheit 53 in Schritt zunächst den Entscheidungsblock S221 aus. Bei Entscheidungsblock S221 prüft die Beurteilungseinheit 53, ob die in Schritt S21 festgestellte Abweichung, d.h. der Ähnlichkeitsparameter, kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellwert ist, der größer als der (erste) vorgegebene Schwellwert ist, welcher kleiner als der Ähnlichkeitsparameter ist. Das heißt, die Beurteilungseinheit 53 prüft, ob der Ähnlich- keitsparameter zwischen einem ersten und einem zweiten Schwellwert liegt. Ist dies nicht der Fall, d.h. überschreitet der Ähnlichkeitsparameter auch den zweiten Schwellwert, endet das Verfahren (N bei S221 ). In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Abweichung so groß ist, dass sie nicht auf eine Lackierung der Ultraschallmembran 10, sondern auf einen anderen Fehlerzustand wie eine Verschmutzung oder Vereisung zurückzuführen ist. Andernfalls (J bei S221 ) wird mit Entscheidungsblock S222 fortgefahren.
Gemäß einer besonders bevorzugten optionalen Ausgestaltung der dritten Weiterbildung wird in Entscheidungsblock S221 zudem nur dann zu "J" verzweigt, wenn die Abweichung bereits über eine vorbestimmte Anzahl von Zündungszyklen des Kraftfahrzeugs 80 (Fig. 3) über dem ersten und optional unter dem zweiten Schwellwert liegt. Andernfalls wird zu "N" verzweigt, selbst wenn die Abweichung über dem ersten und unter dem zweiten Schwellwert liegt, und das Verfahren endet. Anders ausgedrückt wird die Zweckdienlichkeit einer Rekalib- rierung nur dann festgestellt, wenn eine nicht zu große Abweichung stabil über einen gewissen Zeitraum vorliegt.
Es wird auf Fig. 1 , 3, 4 und 7 Bezug genommen. Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung führt die Beurteilungseinheit 53 in Schritt S22 ferner den Entscheidungsblock S222 aus. In Entscheidungsblock S222 veranlasst die Beurteilungseinheit 53 die Abstandsmesseinheit 51 dazu, Abstandsmessungen mit dem Ultraschallsensor 1 , 100 sowie mit mehreren weiteren (nicht gezeigten) Ultraschallsensoren des Kraftfahrzeugs 80 durchzuführen. Wenn hierbei bestimmt wird, dass die mit unterschiedlichen Ultraschallsensoren 1 , 100 oder die in zeitlichen Abständen mit demselben Ultraschallsensor 1 , 100 durchgeführten Abstandsmessungen stark voneinander abweichen und kein kongruentes Bild der Umgebung des Kraftfahrzeugs 80 zeigen, und/oder wenn die mit dem Ultraschallsensor 1 , 100 durchgeführte Abstandsmessung ein Hindernis im unmittelbaren Nahbereich des Ultraschallsensors 100 angibt, beurteilt die Beurteilungseinheit 53, dass eine Anpassung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 100 basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik derzeit nicht zielführend ist (N bei Entscheidungsblock S222), da die veränderte Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors 100 möglicherweise auf eine vorübergehende Beeinträchtigung, wie eine Verschmutzung oder Vereisung der Ultraschallmembran 10 oder ein anderes Hindernis im Nahbereich des Ultraschallsensors 1 , 100 zurückzuführen ist, und das Verfahren endet. Andernfalls (J bei S221) kann entweder die Zweckdienlichkeit einer Anpassung festgestellt werden oder aber, wie in Fig. 7 gezeigt, es wird mit Entscheidungsblock S223 fortgefahren.
Fig. 8 zeigt eine Beurteilungseinheit 53 gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung. Es wird auf Fig. 1 , 3 und 8 Bezug genommen. In der Beurteilungseinheit 53 der fünften Weiterbildung ist eine Nachschlagtabelle 55 gespeichert. In der Nachschlagtabelle 55 sind mehrere vordefinierte Sensorcharakteristiken 56 und mehrere Sätze von Betriebsparameterwerten 57 gespeichert. Ein jeweiliger Datensatz 58 in der Nachschlagtabelle umfasst jeweils eine der Sensorcharakteristiken 56 und einen zugehörigen Satz der Sätze Betriebsparameterwerte 57. Die Datensätze 58 werden im Zulieferbetrieb erstellt und in der Nachschlagtabelle 55 gespeichert. Hierbei werden die Datensätze 58 durch in einer Laborumgebung mit entsprechenden Messgeräten durchgeführten Kalibriermessungen an unterschiedlichen Konfigurationen des Ultraschallsensors 1 , 100 gemessen. Beispielsweise kann ein erster Datensatz 581 eine an dem unlackierten Ultraschallsensor 1 (Fig. 1) bestimmte Sensorcharakteristik 561 und zugehörige durch Laborexperimente mit entsprechender Laborausrüstung an dem unlackierten Ultraschallsensor 1 (Fig. 1 ) als optimal bestimmte Betriebsparameter 571 umfassen. Ein zweiter 582 der Datensätze 58 kann eine an dem lackierten Ultraschallsensor 100 bestimmte Sensorcharakteristik 562 und zugehörige an dem lackierten Ultraschallsensor 100 als optimal bestimmte Betriebsparameterwerte 572 umfassen. Weitere der Datensätze 58 können an mit anderen Arten von Lackierung oder mit mehrfachen Lackschichten 26 versehenen Ultraschallsensoren 100 bestimmte Sensorcharakteristiken 56 und zugehörige, als optimal bestimmte Betriebsparameterwerte 57 umfassen. Auf diese Weise kann ein Automobilzulieferer viele zu erwartende Szenarien mit unterschiedlichen zu erwartenden Lackkonsistenzen und Anzahlen von Lackschichten 26 im Labor durchmessen und die dabei gewonnenen Informationen über Sensorcharakteristiken 56 und zugehörige optimale Betriebswertesätze 57 in der Nachschlagtabelle 55 der Beurteilungseinheit 53 hinterlegen. Es wird auf Fig. 1 , 3, 7 und 8 Bezug genommen. Gemäß der fünften Weiterbildung führt die Beurteilungseinheit 53 in Schritt S22 zur Beurteilung, ob eine in Schritt S21 erkannte Abweichung auf eine Lackierung zurückgeht, ferner den Entscheidungsblock S223 aus. In Entscheidungsblock S223 vergleicht die Beurteilungseinheit 53 die in Schritt S1 (Fig. 5) bestimmte Sensorcharakteristik mit jede der in der Nachschlagtabelle 53 gespeicherten Sensorcharakteristiken 56. Auf gleiche Weise wie in Entscheidungsblock S21 kann hierbei eine Abweichung zwischen der in Schritt S1 bestimmten Sensorcharakteristik und der jeweiligen Sensorcharakteristik 56 der Nachschlagtabelle 55 bestimmt werden und Übereinstimmung festgestellt werden, wenn die Abweichung kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Wenn bei dem geschilderten Vergleich eine Übereinstimmung festgestellt wird, beurteilt die Beurteilungseinheit 53, dass eine Anpassung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 zweckdienlich ist, da eine Veränderung der Lackierung vorgenommen wurde, und somit durchzuführen ist (J in Entscheidungsblock S223). Die Beurteilungseinheit 53 schlägt in diesem Falle in der Nachschlagtabelle 55 die der übereinstimmenden der Sensorcharakteristiken 56 zugehörigen Betriebsparameterwerte 57 nach und übergibt den zugehörigen Satz Betriebsparameter 574 zur Implementierung an die Kalibriereinheit 54.
Wenn keine Übereinstimmung festgestellt wird (N in Entscheidungsblock S223), kann das Verfahren ohne Rekalibrierung enden. Alternativ hierzu fährt die Beurteilungseinheit 53 gemäß einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung jedoch mit Entscheidungsblock S224 fort.
Fig. 9 zeigt eine Beurteilungseinheit 53 gemäß der sechsten vorteilhaften Weiterbildung. Es wird auf Fig. 1 , 3 und 9 Bezug genommen. Die Beurteilungseinheit 53 der sechsten vorteilhaften Weiterbildung weist ein Modell 59 auf. Das Modell 59 ist dazu eingerichtet, in Reaktion auf eine Eingabe der in Schritt S1 (Fig. 5) bestimmten Sensorcharakteristik 560 in das Modell 59 eine Beurteilung 60 auszugeben, die angibt, ob eine Anpassung der Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 zweckdienlich sein kann, weil gemäß dem Modell die bestimmte Sensorcharakteristik 560 als vereinbar mit einem von mehreren Lackierungsszenarien der Ultraschallmembran 10 (Fig. 1 , 3) beurteilt wird. Zudem ist das Modell 59 dazu eingerichtet, zumindest falls die Beurteilung 60 positiv ausfällt, in Reaktion auf die Eingabe der bestimmten Sensorcharakteristik 560 ferner Betriebsparameter 574 auszugeben, die einen effizienten Betrieb eines Ultraschallsensors 1 , 100 mit der bestimmten Sensorcharakteristik 560 versprechen.
Es wird wieder auf Fig. 1 , 3, 7 und 9 Bezug genommen. In Entscheidungsblock S224 gibt die Beurteilungseinheit 53 der fünften Weiterbildung die in Schritt S1 (Fig. 5) bestimmte Sensorcharakteristik 560 in das Modell 59 ein und beurteilt gemäß der Beurteilung 60, ob die Betriebsparameter anzupassen sind. Falls ja (J bei S224), wird der von dem Modell ausgegebene Satz Betriebsparameter 574 an die Kalibriereinheit 54 zur Implementierung bereitgestellt. Falls nein (N bei S224), ist eine Anpassung der Betriebsparameter nicht zweckdienlich und das Verfahren endet ohne Rekalibrierung.
In einigen Varianten kann das Modell 59 der sechsten Weiterbildung ein physikalisches Modell sein, das auf analytischem Wege zu der Beurteilung 60 und dem vorgeschlagenen Satz Betriebsparameterwerte 574 gelangt. In anderen Varianten kann das Modell 59 ein datenbasiertes Modell sein, wie etwa ein statistisches Modell mit mehreren anpassbaren Parametern, oder ein neuronales Netzwerk, wie beispielsweise ein Deep Neural Network. Die Parameter des statistischen Modells bzw. die Auslösewahrscheinlichkeiten Neuronen des Deep Neural Network können durch Training mit Trainingsdatensätzen im Zuliefererbetrieb geeignet trainiert worden sein. Die verwendeten Trainingsdatensätze können hierbei insbesondere die gleichen Datensätze 58 sein, wie sie für die fünfte Weiterbildung als in der Nachschlagetabelle 55 gespeichert anhand von Fig. 8 ausführlich beschreiben wurden. Das heißt, das datenbasierte Modell 59 kann mit vordefinierten Sensorcharakteristiken 56 als Trainings- Eingangsdaten und den zugehörigen, in einer Laborumgebung experimentell bestimmten optimalen Betriebsparameterwerten 57 als Trainings-Ausgangsdaten trainiert worden sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Merkmale, die für unterschiedliche Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels offenbart wurden, können auf jede geeignete Weise miteinander und mit den Merkmalen des Ausführungsbeispiels kombiniert und/oder einzeln herausgegriffen werden, sofern dadurch keine Widersprüche erzeugt werden.
Insbesondere kann die Beurteilungseinheit 53, wenn das gesamte in Fig. 7 gezeigte Verfahren ausgeführt wird, sowohl die Nachschlagtabelle 55 (Fig. 8) als auch das Modell 59 (Fig. 9) aufweisen. Es kann jedoch auch auf die Nachschlagtabelle 55 und den zugehörigen Entscheidungsblock S223 verzichtet werden. Dies gilt besonders, wenn Entscheidungsblock S224 mit der modellbasierten Beurteilung vorhanden ist, die jedoch ihrerseits optional ist. Auch die Beurteilung der Zweckmäßigkeit der Anpassung der Betriebsparameter anhand der mehreren Umgebungsmessungen (Entscheidungsblock S222) sowie die Beurteilung der Notwendigkeit und/oder Zweckdienlichkeit anhand des Vergleichs mit einer hinterlegten Sensorcharakteristik (Entscheidungsblöcke S211 , S221 ) sind jeweils optionale Merkmale.
Anhand diverser Weiterbildungen wurde beschrieben, dass die Betriebsparameterwerte 574, auf die die Betriebsparameter von der Kalibriereinheit 54 anzupassen sind, eine Nachschlagtabelle 55 entnommen werden und/oder durch ein Modell 59 bestimmt werden. Denkbar ist jedoch auch, die Betriebsparameter 574, auf die die Betriebsparameter des Ultraschallsensors 1 , 100 anzupassen sind, direkt aus der in Schritt S1 bestimmten Sensorcharakteristik 560 abzuleiten. Wenn die Sensorcharakteristik 560 beispielsweise eine Übertragungsfunktion ist, kann zum Beispiel die Betriebsfrequenz des Ultraschallsensors 1 , 100 auf eine Frequenz angepasst werden, bei der die Übertragungsfunktion ein Maximum aufweist (Resonanzfrequenz). Wird jedoch entschieden, die Betriebsfrequenz bei einer anderen Frequenz zu belassen, kann die Amplitude des Ansteuersignals und/oder die Verstärkung des Empfangssignals abhängig von einem Verhältnis des Werts der Übertragungsfunktion bei der anderen Frequenz zu dem Wert der Übertragungsfunktion bei dem Maximum gewählt werden, um somit eine durch die verschobene Lage der Betriebsfrequenz bedingte abgesunkene Wandlungseffizienz durch Verstärkung zu kompensieren.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Funktionalität der Charakteristik-Bestimmungseinheit 52 (erste Einheit 52), der Beurteilungseinheit 53 (zweite Einheit 53), und der Kalibrie- reinheit 54 (dritte Einheit 54) zusammen mit der Abstandsmesseinheit 51 in einer gemeinsamen Steuereinrichtung 50 integriert. Es ist jedoch auch denkbar, die Charakteristik- Bestimmungseinheit 52 (erste Einheit 52), die Beurteilungseinheit 53 (zweite Einheit 53), und die Kalibriereinheit 54 (dritte Einheit 54) in einer separaten Steuereinrichtung bereitzustellen, die beim Einbau in ein Kraftfahrzeug 80 mit einer Abstandsmess-Steuereinrichtung, welche die Abstandsmesseinheit 51 enthält, über die Signalleitung 18 kommunikationsverbunden wird. Demgemäß ist die Abstandsmesseinheit 51 kein notwendiges Merkmal der vorgeschlagenen Steuereinheit 50. Ferner ist auch denkbar, die Funktionalität der Charakteristik- Bestimmungseinheit 52 (erste Einheit 52), der Beurteilungseinheit 53 (zweite Einheit 53), und der Kalibriereinheit 54 (dritte Einheit 54) in den Ultraschallsensor 1 , 100 zu integrieren, so dass der Ultraschallsensor 1 , 100 auch ein Ultraschallsensor 1 , 100 mit einer integrierten Steuereinrichtung 52-54 sein kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ultraschallsensor
2 Kunststoffgehäuse
3 Gehäusekorpus
4 Überwurfring
5 Deckel
6 Erweiterungsabschnitt
7 Kante des Gehäusekorpus
8 Öffnung im Gehäusekorpus
9 Membrantopf
10 Ultraschallmembran
11 Außenfläche der Ultraschallmembran
12 Piezoelement
13 erste Kontaktstifte
14 Leiterplatte
15 feine lose Drähte
16 Treiberschaltung
17 zweite Kontaktstifte
18 Signalleitung
19 axiale Richtung
20 Ersatzschaltbild
21 Widerstand
22 Induktivität
23 Kapazität
24 Frontkotflügel
25 Öffnung im Frontkotflügel
26 Lackschicht
50 Steuereinrichtung
51 Abstandsmesseinheit 52 Charakteristik-Bestimmungseinheit
53 Beurteilungseinheit
54 Kalibriereinheit
55 Nachschlagtabelle
56 vordefinierte Sensorcharakteristiken
57 zugehörige Betriebsparameter
58 Datensatz
59 Modell
60 Beurteilung
80 Kraftfahrzeug
100 Ultraschallsensor
560 bestimmte Sensorcharakteristik
561 -562 vordefinierte Sensorcharakteristiken
571 -572 zugehörige Betriebsparameterwerte
574 Betriebsparameterwerte, auf die die Betriebsparameter anzupassen sind
581 -582 Datensätze
S1 -S3 Verfahrensschritte
S21 , S22 Verfahrensschritte, Teilschritte von Schritt S2
S21 1 Entscheidungsblock
S221 -S224 Entscheidungsblöcke

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Steuereinrichtung (50) für einen Ultraschallsensor (1 , 100) eines Kraftfahrzeugs (80), die aufweist: eine erste Einheit (52), die dazu eingerichtet ist, im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs (80) eine Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors (1 , 100) zu bestimmen; eine zweite Einheit (53), die dazu eingerichtet ist, die bestimmte Sensorcharakteristik dahingehend zu beurteilen, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors (1 , 100) anzupassen ist; und eine dritte Einheit (54), die dazu eingerichtet ist, den Betriebsparameter des Ultraschallsensors (1 , 100) basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik anzupassen, wenn die zweite Einheit (53) beurteilt, dass der Betriebsparameter anzupassen ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beurteilen der zweiten Einheit (53) umfasst, eine Abweichung der bestimmten Sensorcharakteristik von einer in der zweiten Einheit (53) hinterlegten Sensorcharakteristik zu bestimmen, die aktuellen Betriebsparameterwerten des Ultraschallsensors (1 , 100) entspricht.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beurteilen der zweiten Einheit (53) umfasst, zu beurteilen, ob eine festgestellte Abweichung der bestimmten Sensorcharakteristik von der hinterlegten Sensorcharakteristik auf eine Lackierung einer Ultraschallmembran (10) des Ultraschallsensors (1 , 100) zurückzuführen ist, und nur dann zu beurteilen, dass der Betriebsparameter anzupassen ist, wenn die festgestellte Abweichung auf eine Lackierung der Ultraschallmembran (10) zurückzuführen ist.
4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (53) dazu eingerichtet ist, durch Vergleichen einer mit dem Ultraschallsensor (1 , 100) durchgeführten ersten Abstandsmessung mit einer mit demselben oder einem weiteren Ultraschallsensor (1 , 100) durchgeführten zweiten Abstandsmessung zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist.
5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (53) eine Nachschlagtabelle (55) speichert, in der mehrere vordefinierte Sensorcharakteristiken (56) und zugehörige Betriebsparameterwerte (57) gespeichert sind, die vorab durch Messungen an unterschiedlich lackierten Ultraschallsensoren (1 , 100) unter Laborbedingungen ermittelt wurden, und die zweite Einheit (53) dazu eingerichtet ist, durch Vergleichen der bestimmten Sensorcharakteristik (560) mit den mehreren vordefinierten Sensorcharakteristiken (56) zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist und/oder durch Nachschlagen in der Nachschlagtabelle (55) einen Betriebsparameterwert (574) zu ermitteln, auf den der Betriebsparameter von der dritten Einheit (54) anzupassen ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (53) ein physikalisches oder datenbasiertes Modell (59) umfasst, das dazu eingerichtet ist, basierend auf einer in das Modell (59) eingegebenen Sensorcharakteristik (560) eine Beurteilung (60), ob ein Betriebsparameter anzupassen ist, und/oder einen Betriebsparameterwert (574), auf den der Betriebsparameter anzupassen ist, auszugeben, und die zweite Einheit (53) dazu eingerichtet ist, die bestimmte Sensorcharakteristik (560) in das das physikalische oder datenbasierte Modell (59) einzugeben und das physikalische oder datenbasierte Modell (59) zu benutzen, um zu beurteilen, ob der Betriebsparameter anzupassen ist und/oder einen Betriebsparameterwert (574) zu ermitteln, auf den der Betriebsparameter von der dritten Einheit (54) anzupassen ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das datenbasierte Modell (59) ein oder mehrere trainierte neuronale Netzwerke umfasst.
8. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Sensorcharakteristik, die von der ersten Einheit (52) bestimmt wird, eine Übertragungsfunktion von mechatronischen Komponenten (9, 10, 12, 16) des Ultraschallsensors (1 , 100) ist, und die erste Einheit (52) zum Bestimmen der Sensorcharakteristik dazu eingerichtet ist, dem Ultraschallsensor (1 , 100) ein elektrisches Testsignal aufzuprägen und ein elektrisches Antwortsignal des Ultraschallsensors (1 , 100) zu erfassen.
9. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter, der von der dritten Einheit (54) angepasst wird, einen oder mehrere der folgenden Parameter umfasst: eine Betriebsfrequenz, mit der eine Ultraschallmembran (10) des Ultraschallsensors (1 , 100) zu Schwingungen angeregt wird, eine Amplitude eines Ansteuersignals, mit dem eine Treiberschaltung (16) des Ultraschallsensors (1 , 100) ein Schallwandlerelement (12) des Ultraschallsensors (1 , 100) ansteuert, und eine Verstärkung, mit der ein von dem Schallwandlerelement (12) an die Treiberschaltung (16) ausgegebenes Empfangssignal verstärkt wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (1 , 100) eines Kraftfahrzeugs (80), umfassend:
Bestimmen (S1 ) einer Sensorcharakteristik des Ultraschallsensors (1 , 100) im Regelbetrieb des Kraftfahrzeugs (80);
Beurteilen (S2) der bestimmten Sensorcharakteristik dahingehend, ob ein Betriebsparameter des Ultraschallsensors (1 , 100) anzupassen ist; und
Anpassen (S3) des Betriebsparameters des Ultraschallsensors (1 , 100) basierend auf der bestimmten Sensorcharakteristik, wenn beurteilt wurde, dass der Betriebsparameter anzupassen ist.
11 . Computerprogrammprodukt, umfassend Anweisungen, die bei Ausführung durch ein Steuergerät (50) eines Kraftfahrzeugs (80) das Steuergerät (50) dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
12. Ultraschallsensor (1 , 100), der eine Ultraschallmembran (10), ein an einer Innenseite der Ultraschallmembran (10) angeordnetes Schallwandlerelement (20) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran (10), eine Treiberschaltung (16) zum Ansteuern des Schallwandlerelements (12) sowie die Steuereinrichtung (52-54) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
13. Satz (50, 1 ), umfassend: die Steuereinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 und einen Ultraschallsensor (1 , 100), der eine Ultraschallmembran (10), ein an einer Innenseite der Ultraschallmembran (10) angeordnetes Schallwandlerelement (12) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran (10) sowie eine Treiberschaltung (16) zum Ansteuern des Schallwandlerelements (12) aufweist.
14. Satz (50, 1 ) nach Anspruch 13 oder Ultraschallsensor (1 ) nach Anspruch 12, wobei die Ultraschallmembran (10) des Ultraschallsensors (1 ) wenigstens nicht endlackiert ist.
15. Kraftfahrzeug (80) mit einer Steuereinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, einem Ultraschallsensor (1 , 100) nach Anspruch 12 oder einem Satz (50, 1 ) nach Anspruch
13 oder 14.
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