DE102006008476A1

DE102006008476A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen

Info

Publication number: DE102006008476A1
Application number: DE102006008476A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Ante; Denny SCHÄDLICH
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts (2) durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen umfasst wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Ultraschallquellen (12, 13) mit glattem Abstrahlbereich, die Sendesignale in durch die Sendesignale bestimmte Ultraschallwellen wandeln und die Ultraschallwellen abstrahlen, so dass diese sich interferierend überlagern, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (9), die dazu ausgebildet ist, Sendesignale für die wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 13) zu bilden und abzugeben, so dass diese gleichzeitig Ultraschallwellen mit gleicher Frequenz und vorgegebener Phasenbeziehung abgeben, und wenigstens ein Empfangssignal, das von wenigstens einem Ultraschallwandler (12, 13), den wenigstens eine der wenigstens zwei Ultraschallquellen aufweist, und/oder einen weiteren Ultraschallwandler (12, 13) durch Wandlung empfangener, von dem Objekt (2) zurückgeworfener Ultraschallwellen gebildet ist, zu empfangen und unter Bildung des Laufzeitsignals auszuwerten.

Description

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen

Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, werden häufig so gestaltet, dass sie einen möglichst geringeren Luftwiderstandsbeiwert aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass zum einen ein geringer Kraftstoffverbrauch und zum anderen eine höhere Endgeschwindigkeit erreicht werden können. Häufig weisen solche Kraftfahrzeuge dadurch jedoch eine, beispielsweise eine keilähnliche, Form auf, die die Sicht beim Einparken einschränkt. Dadurch wird das Einparken für einen Fahrer erschwert.

Zur Erleichterung des Einparkvorgangs werden daher häufig Abstandswarnsysteme eingesetzt, die zur Abstandsbestimmung ein Laufzeitverfahren verwenden. Diese umfassen zum einen in den Stoßfängern von Kraftfahrzeugen angeordnete Ultraschallsensoren und ein mit diesen über Signalverbindungen verbundenes Steuergerät, das den Fahrer bei zu großer Annäherung an ein Hindernis warnt. Die Ultraschallsensoren umfassen dabei eine Ultraschallwandler, der elektrische Sendesignale in Ultraschallwellen wandelt und/oder auf ihn auftreffende Ultraschallwellen in Empfangssignale wandelt und eine Schaltung zur Abgabe der Sendesignale und/oder der Auswertung der Empfangssignale. Als Ultraschallwandler werden im folgenden jegliche Einrichtungen bezeichnet, die elektrische Signale empfangen und durch die elektrischen Signale bestimmte Ultraschallwellen abstrahlen und/oder Ultraschallwellen empfangen und Eigenschaften der Ultraschallwellen, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz und/oder Phase, wiedergebende, elektrische Empfangssignale bilden und abgegeben können. In Kraftfahrzeugen eingesetzte Ultraschallwandler können häufig sowohl als Sender als auch als Empfänger eingesetzt werden.

Das System aus Ultraschallsensoren und Steuergerät arbeitet nach dem Laufzeitverfahren.

Unter einem Laufzeitverfahren wird dabei, unabhängig von den zuvor geschilderten Einrichtungen, im Folgenden verstanden, dass ein Sendesignal zur Abgabe eines Ultraschallpulses abgegeben und entsprechende Ultraschallpulse abgestrahlt werden, und dass von einem Objekt gegebenenfalls zurückgeworfene Anteile des abgestrahlten Ultraschallpulses empfangen und entsprechende Empfangssignale gebildet werden. Die Empfangssignale werden unter Bildung eines Laufzeitsignals ausgewertet, wobei das Laufzeitsignal die Laufzeit des Ultraschallpulses von dem Sender zu dem Objekt zurück zu dem Empfänger wiedergibt. Dies kann durch die Form oder Größe des Signals analog oder digital erfolgen. Das Laufzeitsignal kann die Laufzeit jedoch auch einfach dadurch wiedergeben, dass es in einem der Laufzeit des Ultraschallpulses entsprechenden zeitlichen Abstand von der Abgabe des Sendesignals oder eines die Abgabe des Sendesignals auslösenden Signals gebildet und abgegeben wird. Aus dem Laufzeitsignal kann dann die Laufzeit und aus dieser zusammen mit der bekannnten Ultraschallgeschwindigkeit in Luft und der Relativlage der den Ultraschallpuls aussendenden und der den zurückgeworfenen Anteil empfangenden Einrichtungen der Abstand des Objekts ermittelt werden.

Bei den erwähnten bekannten Abstandswarnsystemen steuert das Steuergerät die Ultraschallsensoren zur Abgabe der Sendesignale und damit der Ultraschallpulse an. Nach Abgabe eines Pulses werden die Ultraschallwandler als Empfänger betrieben und empfangen gegebenenfalls von dem Objekt zurückgeworfene Anteile der ausgesendeten Ultraschallpulse und bilden aus diesen Empfangssignale, die unter Bildung der Laufzeitsignale ausgewertet werden. Die Laufzeitsignale werden dann zur Verarbeitung und insbesondere Ermittlung eines Abstands an das Steuergerät abgegeben.

Um einem Fahrer die Parkplatzsuche und das Einparken zu erleichtern, wird vorgeschlagen, ein wenigstens halbautomatisches Einparken zu ermöglichen, bei dem eine entsprechende Steuerung das Kraftfahrzeug in eine Parklücke einparkt. Diese kann bei bekannter Relativlage von Kraftfahrzeug und Parklücke und bekannten Abmessungen der Parklücke das Kraftfahrzeug sehr raumsparend einparken, so dass von daher auch enge Parklücken ohne wesentlichen Aufwand durch den Fahrer genutzt werden können.

Zur Bestimmung der Abmessungen der Parklücke kann ein Abstandsermittlungssystem verwendet, das ähnlich arbeitet wie das oben geschilderte System zur Abstandswarnung. Dabei werden dann allerdings Ultraschallwellen quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs abgestrahlt, während dieses an einer Parklücke vorbeifährt. Dabei werden sukzessive Abstandswerte in Richtung quer zur Fahrtrichtung erfasst, aus denen sowohl die Länge als auch die Tiefe der Parklücke ermittelt werden kann. Hierzu ist es jedoch notwendig, dass die Reichweite des Systems, d.h. der maximale Abstand, in dem noch sicher ein Objekt erfasst werden kann, hinreichend groß, typischerweise wenigstens 4 m, ist.

Aus Designgründen sollen die Ultraschallwandler jedoch eine eher glatte Oberfläche ausweisen, über die die Ultraschallwellen abgestrahlt werden. Dies kann dazu führen, dass die geforderte Reichweite nicht mit vertretbarem Aufwand erreicht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen zu schaffen, das eine einfache Abstandsermittlung ermöglicht und eine große Reichweite aufweist, sowie Mittel zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, bei dem von wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander akustisch voneinander getrennten Orten gleichzeitig Ultraschallwellen mit der gleichen Frequenz mit einer vorgegebenen Phasenbeziehung zueinander abgestrahlt werden, so dass diese sich interferierend überlagern und wenigstens einen Ultraschallpuls bilden, und/oder bei dem von dem Objekt ausgehende Ultraschallwellen gleichzeitig an zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander akustisch getrennte Orten unter Bildung von Empfangssignalen empfangen werden und die Empfangssignale in Abhängigkeit voneinander unter Bildung des Laufzeitsignals ausgewertet werden.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine erste Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, umfassend: wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Ultraschallquellen mit glattem Abstrahlbereich, die Sendesignale in Ultraschallwellen wandeln und die Ultraschallwellen abstrahlen, so dass diese sich interferierend überlagern, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Sendesignale für die wenigstens zwei Ultraschallquellen zu bilden und abzugeben, so dass diese gleichzeitig Ultraschallwellen mit gleicher Frequenz und vorgegebener Phasenbeziehung abgeben, und wenigstens ein Empfangssignal, das von wenigstens einem Ultraschallwandler, den wenigstens eine der wenigstens zwei Ultraschallquellen aufweist, und/oder einen weiteren Ultraschallwandler durch Wandlung empfangener, von dem Objekt zurückgeworfener Ultraschallwellen gebildet ist, zu empfangen und unter Bildung des Laufzeitsignals auszuwerten.

Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch eine zweite Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, umfassend: wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Ultraschallwandler mit glattem Empfangsbereich, die dazu ausgebildet sind, Ultraschallwellen zu empfangen, in Empfangssignale zu wandeln und die Empfangssignale abzugeben, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Sendesignale für wenigstens eine Ultraschallquelle, die wenigstens einen der Ultraschallwandler und/oder einen weiteren Ultraschallwandler umfasst, abzugeben, so dass die wenigstens eine Ultraschallquelle durch die Sendesignale bestimmte Ultraschallwellen abstrahlt, und Empfangssignale der wenigstens zwei Ultraschallwandler, die durch Wandlung empfangener, von dem Objekt zurückgeworfener Ultraschallwellen gebildet sind, zu empfangen und gemeinsam unter Bildung des Laufzeitsignals auszuwerten.

Die Erfindung ist zur Verwendung mit einem Laufzeitverfahren zur Bestimmung des Abstands des Objekts vorgesehen. Als Abstand kann insbesondere der mittlere Abstand des Objekts von den beiden Orten bzw. den Ultraschallquellen bzw. den Ultraschallwandlern verwendet werden.

Unter einem Laufzeitverfahren bzw. Pulslaufzeitverfahren wird dabei ein Verfahren verwendet, das die eingangs beschriebenen Merkmale aufweist. Bei einem solchen Verfahren werden, wie bereits erwähnt, Pulse von Ultraschallwellen abgeben. Die Ultraschallwellen haben dabei wenigstens eine vorgegebene Frequenz, die grundsätzlich beliebig gewählt sein kann. Vorzugsweise sind jedoch die Frequenz und die verwendeten Ultraschallwandler aufeinander abgestimmt, so dass die Ultraschallwandler mit möglichst großer Effizienz Ultraschallwellen der vorgegebenen Frequenz abgeben bzw. empfangen und in Empfangssignale umsetzen können. Diese Ultraschallwellen werden in Form von Pulsen abgegeben, deren Dauer wie bei bekannten Abstandsermittlungssystemen gewählt sein kann.

Erfindungsgemäß werden nach einer ersten Variante von zwei voneinander mit einem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandeten Orten Ultraschallwellen abgegeben, wozu bei der ersten Vorrichtung die Ultraschallquellen dienen. Dabei ist wesentlich, dass die Orte akustisch voneinander getrennt sind, worunter im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden wird, dass zwischen diesen Orten Material vorhanden ist, das Ultraschall der abgestrahlten Frequenz in einem Bereich zwischen den beiden Orten wenigstens stark dämpft.

Zur Abgabe der Ultraschallwellen können bei der ersten Variante gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwei separate und daher akustisch voneinander getrennte Ultraschallwandler als Ultraschallquellen eingesetzt werden. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, nur einen Ultraschallwandler einzusetzen, vor dem in Abstrahlrichtung eine Blende mit wenigstens zwei akustisch voneinander getrennten, in dem vorgegebenen Abstand angeordneten Öffnungen angeordnet ist, von denen jeweils eine in Verbindung mit dem Ultraschallwandler eine Ultraschallquelle darstellt.

Ein Element der vorliegenden Erfindung besteht darin, zur Steigerung der Reichweite von wenigstens zwei Orten aus Ultraschallwellen gleicher Frequenz und mit vorgegebener Phasenbeziehung auszusenden, die in dem Überlagerungsbereich interferieren. Dazu müssen die Ultraschallwellen in geeigneter Richtung von den Orten abgestrahlt werden, insbesondere müssen die Ultraschallquellen so ausgerichtet sein, dass eine Überlagerung und damit eine Interferenz ermöglicht wird. Damit kann sich nicht nur eine höhere Intensität in einer durch Phasenbeziehung vorgegebenen Richtung, sondern auch einen stärkere Anisotropie der Abstrahlcharakteristik, insbesondere eine Keulencharakteristik in wenigstens einer Ebene, ergeben. Bei der ersten Vorrichtung ist dazu die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, beide Ultraschallquellen in entsprechender Weise anzusteuern. Dabei braucht die Steuer- und Auswerteeinrichtung beispielsweise nur in einer geeigneten elektronischen Schaltung zu bestehen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann insbesondere noch durch ein Steuergerät durch Steuersignale angesteuert werden, um Ultraschallpulse zu durch die Steuersignale bestimmten Zeitpunkten abzugeben.

Die von dem Objekt gegebenenfalls zurückgeworfenen Ultraschallwellen bzw. -pulse können dann beispielsweise wie bei bekannten Vorrichtungen empfangen und in Laufzeitsignale umgesetzt werden. Diese Laufzeitsignale können beispielsweise in dem Steuergerät zur Ermittlung des Abstandes verwendet werden.

Bei der zweiten Variante bzw. der zweiten Vorrichtung wird ausgenutzt, dass die Empfangscharakteristik und -empfindlichkeit einer Anordnung von Ultraschallwandlern der Abstrahlcharakteristik einer durch die Ultraschallwandler gebildeten Anordnung von Ultraschallquellen entspricht. Dazu müssen die Empfangssignale der Ultraschallwandler gemeinsam unter Beachtung der Phasenbeziehung der Empfangssignale ausgewertet werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist daher bei der zweiten Vorrichtung zur gemeinsamen Auswertung der Empfangssignale der Ultraschallwandler ausgebildet, wobei sie vorzugsweise die Phasenbeziehung der empfangenen Ultraschallwellen und damit der Empfangssignale zueinander berücksichtigt. Es ergibt sich also analog zu der ersten Variante eine stärker gerichtete Empfangscharakteristik und eine größere Empfindlichkeit in wenigstens einer Richtung als bei Verwendung nur eines Ultraschallwandlers. Diese resultiert in einer erhöhten Reichweite der gesamten Vorrichtung.

Bei den Vorrichtung und vorzugsweise bei dem Verfahren werden Ultraschallquellen bzw. Ultraschallwandler verwendet, die eine glatten Abstrahl- bzw. Empfangsbereich aufweisen. Darunter wird verstanden, dass das abstrahlende bzw. durch die zu empfangenden Ultraschallwellen Element der Ultraschallquellen bzw. -wandler, beispielsweise eine Membran, nicht in einer ultraschallbündelnden Struktur, beispielsweise in einer Röhre, versenkt ist, die in Abstrahlrichtung größer als etwa die halbe Wellenlänge ist. Dadurch können Verschmutzungsprobleme vermieden werden. Gleichzeitig ist eine Integration in ein weitgehend beliebiges Design einer Karosserie oder eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs möglich.

Grundsätzlich brauchen die Ultraschallquellen nicht als Ultraschallempfänger zu dienen. Vorzugsweise wird jedoch wenigstens ein Ultraschallwandler der ersten oder zweiten Vorrichtung sowohl als Ultraschallquelle als auch zum Empfang von Ultraschallwellen, d.h. als Ultraschallempfänger, genutzt. Insbesondere kann also bei einer Vorrichtung nach der ersten Variante ein Ultraschallwandler einer der Ultraschallquellen als Ultraschallempfänger dienen. Umgekehrt kann bei einer Vorrichtung nach der zweiten Variante einer der Ultraschallwandler als Ultraschallquelle dienen. Es ist jedoch bei dem Verfahren bevorzugt, dass zur Abstrahlung der Ultraschallwellen und zum Empfang der Ultraschallwellen dieselben Ultraschallwandler benutzt werden. Bei der ersten Variante der Vorrichtung weisen dazu bevorzugt die wenigstens zwei Ultraschallquellen jeweils wenigstens einen Ultraschallwandler auf, der auch als Ultraschallempfänger ausgebildet ist, der empfangene Ultraschallwellen in Empfangssignale wandelt und diese abgibt, und die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist weiter so ausgebildet, dass sie die Empfangssignale der wenigstens zwei Ultraschallwandler empfängt und bei der Auswertung gemeinsam, vorzugsweise unter Beachtung der Phasenbeziehungen der Empfangssignale verwendet. Bei der zweiten Variante der Vorrichtung sind die wenigstens zwei Ultraschallwandler auch als Ultraschallquellen ausgebildet, die auf Sendesignale hin durch die Sendesignalen bestimmte Ultraschallwellen abgeben, und bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, die Sendesignale für die wenigstens zwei Ultraschallwandler zu bilden und abzugeben, so dass diese gleichzeitig Ultraschallwellen mit der vorgegebenen Frequenz und vorgegebener Phasenbeziehung abgeben.

Insbesondere kann also der Abstrahlbereich gleichzeitig als Empfangsbereich dienen. Dies hat den Vorteil, dass durch Verwendung der beiden Ultraschallquellen eine besonders hohe Reichweite und gleichzeitig durch Verwendung der beiden Ultraschallquellen bzw. von Ultraschallwandlern dieser Quellen eine sehr gute Richtcharakteristik bei geringem apparativem Aufwand erreicht werden können.

Die Orte bzw. Ultraschallquellen und/oder -wandler können grundsätzlich beliebig beabstandet sein. Bei dem Verfahren ist jedoch bevorzugt der Abstand der wenigstens zwei Orte kleiner als 20, vorzugsweise 10 Wellenlängen, besonders bevorzugt 5 Wellenlängen, der Ultraschallwellen der vorgegebenen Frequenz in Luft. Bei den Vorrichtungen ist dazu vorzugsweise der Abstand der wenigstens zwei Ultraschallquellen bzw. Ultraschallwandler kleiner als 20, vorzugsweise 10 Wellenlängen, besonders bevorzugt 5 Wellenlängen, der Ultraschallwellen in Luft. Unter der Wellenlänge der Ultraschallwellen in Luft wird dabei die Wellenlänge in Luft bei einer Lufttemperatur von 20°C, insbesondere bei Normaldruck, verstanden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass weitere durch Interferenz entstehende Maxima der Intensität so weit von dem Hauptmaximum entfernt liegen, dass diese die Erkennung nicht wesentlich beeinflussen.

Für die Erfindung ist es von Bedeutung, dass der vorgegebene Abstand der Orte bzw. Ultraschallquellen und/oder -wandler eingehalten wird, da ansonsten die Wirkung der Interferenz der gesendeten Ultraschallwellen bzw. die Phasenlage der zu empfangenden Ultraschallwellen an den Empfangsorten bzw. Ultraschallwandlern nicht in dem gewünschten Umfang erreicht wird. Es ist daher bei der ersten und zweiten Vorrichtung bevorzugt, dass die wenigstens zwei Ultraschallquellen bzw. Ultraschallwandler zusammen in einer einzelnen Haltevorrichtung gehalten sind. Dies hat den Vorteil, dass durch die Haltevorrichtung die Relativlage der darin gehaltenen Ultraschallquellen bzw. -wandler und insbesondere deren Abstand voneinander sehr einfach und genau eingehalten werden kann. Insbesondere ist es möglich, ein Modul mit der Halteeinrichtung und den darin gehaltenen Ultraschallquellen bzw. -wandlern zu fertigen, das ohne weitere Justierung in ein Kraftfahrzeug oder einen Stoßfänger eingebaut werden kann. Bei der Haltevorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Kunststoffspritzteil handeln, in dem Aufnahmen für konventionelle Ultraschallwandler ausgebildet sind.

Für eine möglichst genaue Bestimmung der Abmessungen einer Parklücke ist notwendig, dass das Intensitätsmaximum der Sendeintensitätsverteilung bzw. Abstrahlcharakteristik bzw. das Empfindlichkeitsmaximum der Empfindlichkeitsverteilung bzw. Empfangscharakteristik möglichst genau orthogonal zu der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bzw. der Längsachse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Eine mechanische Ausrichtung der Ultraschallquellen bzw. -wandler ist jedoch aufwendig, insbesondere da zum einen die Abstrahl- bzw. Empfangsflächen möglichst plan mit der benachbarten Karosserieoberfläche angebracht und zur Erzielung der gewünschten Sende- bzw. Empfangscharakteristik zueinander angeordnet werden müssen. Es ist daher bei dem Verfahren bevorzugt, dass eine vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den abgegebenen Ultraschallwellen erzeugt wird bzw. Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um eine vorgegebene Phasenverschiebung zueinander verschoben werden. Bei der ersten Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass eine Einrichtung zur Verschiebung der Sendephasen der zu sendenden Ultraschallwellen zueinander vorgesehen ist, mittels derer eine vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den gesendeten Ultraschallwellen erzeugt wird. Bei der zweiten Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass eine Einrichtung zur Verschiebung der Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um eine vorgegebene Phasenverschiebung zueinander vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass es durch Wahl der Phasenverschiebung, die die Phasenbeziehung zwischen den gesendeten Ultraschallwellen bzw. den Empfangssignalen bestimmt, möglich ist, die Richtung des Sendeintensitätsmaxi mums bzw. die Richtung der maximalen Empfangsintensität zu verändern. Es ist also gewissermaßen ein elektronisches Schwenken der genannten Maxima möglich, ohne dass eine mechanische Justierung notwendig wäre. Als Einrichtungen können dabei insbesondere elektrische Schaltelemente oder Schaltungen eingesetzt werden, mittels derer die Phasenverschiebung eingestellt wird.

Diese Ausführungsform bietet darüber hinaus den Vorteil, dass nicht nur eine einfache Ausrichtung der Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik möglich ist, sondern die Ultraschallquellen bzw. -wandler an einer Fläche des Kraftfahrzeugs angeordnet werden können, die nicht parallel zu Fahrzeuglängsachse verläuft. So ist beispielsweise ein Einbau auch in leicht gekrümmte Bereiche eines Stoßfängers möglich, was als Vorteil wesentlich größere Designspielräume für die Stoßfänger oder anderen Teile der Karosserie bietet, in denen die Vorrichtung angeordnet werden soll. Insbesondere ist es dazu bei dem Verfahren bevorzugt, dass der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der abgestrahlten Intensität der überlagerten Ultraschallwellen in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Orte geneigt ist bzw. dass der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der Empfangsempfindlichkeit für einen Empfang an den beiden Orten und die gemeinsame Auswertung in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Orte geneigt ist. Bei der ersten Vorrichtung ist dazu bevorzugt, dass der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der abgestrahlten Intensität der überlagerten Ultraschallwellen der wenigstens zwei Ultraschallquellen in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Ultraschallquellen geneigt ist. Bei der zweiten Vorrichtung ist dazu der Wert für die Phasenverschiebung vorzugsweise so gewählt ist, dass das Maximum der Empfangsempfindlichkeit der Vorrichtung in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Ultraschallwandler geneigt ist.

Die Phasenverschiebungen für Senden und Empfangen sind vorzugsweise gleich, wenn die wenigstens zwei Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch Empfänger betrieben werden.

Grundsätzlich kann die Phasenverschiebung, beispielsweise bei geplantem Einbau in eine gegenüber der Längsachse geneigten Fläche, fest entsprechend der erwarteten Neigung vorgegeben werden. Es ist jedoch bei dem Verfahren bevorzugt, dass ein Wert für die Phasenverschiebung erfasst oder ermittelt und verwendet wird. Bei der ersten und/oder zweiten Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, einen Wert für die Phasenverschiebung zu erfassen oder zu ermitteln, und den ermittelten Wert zu verwenden. Dies erlaubt eine einfache Ausrichtung der Sende- bzw. Empfangscharakteristik der Vorrichtung auch nach einem Einbau in ein Kraftfahrzeug. Insbesondere ist auch eine einfache Nachjustierung möglich. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann dazu einen Eingang oder eine Schnittstelle zur Erfassung von Daten aufweisen, die die Phasenverschiebung oder eine Änderung der Phasenverschiebung wiedergeben. Es ist jedoch auch möglich, dass diese die Phasenverschiebung automatisch bestimmt, indem sie beispielsweise einen vorgegebenen Bereich von Phasenverschiebungen abscannt, wobei sie jeweils Empfangssignale erfasst, und in Abhängigkeit von einem erfassten Maximum der Empfangssignale in Abhängigkeit von den eingestellten Phasenverschiebungen die zu verwendende Phasenverschiebung ermittelt.

Um auch genauere Informationen über Objekte im Nahfeld, d.h. in einem Abstand von weniger als 200 Wellenlängen der Ultraschallwellen von den Orten bzw. den Ultraschallquellen oder -wandlern, zu erhalten, ist es bei dem Verfahren bevorzugt, dass zur Messung des Abstands im Nahfeld von einem der Orte Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und an einem anderen der Ort von dem Objekt zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen werden. Bei der ersten und/oder zweiten Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung weiter so ausgebildet ist, dass zur Messung des Abstands im Nahfeld eine der Ultraschallquellen oder einer der Ultraschallwandler als Ultraschallsender und eine andere der Ultraschallquellen oder ein anderer der Ultraschallwandler als Ultraschallempfänger für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass gleichzeitig eine der Ultraschallquellen als Ultraschallsender und einer der Ultraschallwandler, der nicht Teil der Ultraschallquelle ist, als Empfänger verwendet werden können. Damit ist für die Ultraschallquelle kein Umschalten von Sendebetrieb auf Empfangsbetrieb notwendig, so dass auch Abstände in sehr geringer Entfernung erfasst werden können. Dies bietet den Vorteil, die Vorrichtung auch als Abstandssensor für kurze Entfernungen nutzen zu können.

Gerade im Nahfeld kann die Lage des Objekts relativ zu der Vorrichtung, d.h. nicht nur der Abstand, sondern auch die Richtung relativ zur Fahrzeuglängsachse oder Abstrahlrichtung oder einer anderen Bezugsachse, von erheblichem Interesse, beispielsweise beim Einparken, sein. Bei dem Verfahren ist daher bevorzugt, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils von einem der beiden Orte Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und von dem Objekt zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Pulslaufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben. Bei der ersten Vorrichtung ist dazu die Steuer- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise weiter so ausgebildet, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils einer der Ultraschallquellen als Ultraschallsender für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben. Als Variante ist bei dem Verfahren bevorzugt, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils an einem der wenigstens zwei Orte Ultraschallwellen einer Pulslaufzeitmessung empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben. Bei der zweiten Vorrichtung ist dazu die Steuer- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise weiter so ausgebildet ist, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils einer der Ultraschallwandler als Ultraschallempfänger für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben. Diese Weiterbildungen haben den Vorteil, dass die Vorrichtungen nicht nur zur Abstands-, sondern auch zur Lagebestimmung verwendet werden können.

Die Erfindung ist vorzugsweise bei Einparksystemen für Kraftfahrzeuge einsetzbar.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen noch weiter beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem bekannten Abstandsermittlungssystem bei Vorbeifahrt an einer Parklücke,
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abstandsermittlungssystem, das eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist, bei Vorbeifahrt an einer Parklücke,
3 eine schematische Darstellung eines Moduls der Vorrichtung in 2 mit zwei in einer Halteeinrichtung gehaltenen Ultraschallwandlern,
4 eine schematische teilweise Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem im Stoßfängerbereich angeordneten Abstandsermittlungssystem, das eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist, und
5 eine schematische Darstellung eines Moduls mit zwei Ultraschallquellen für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 verfügt ein Kraftfahrzeug 1, das an einer durch Objekte 2, beispielsweise Poller, begrenzten Parklücke 3 vorbeifährt, über ein bekanntes Abstandsermittlungssystem 4, das über einen quer zur Fahrzeuglängsachse 5 und damit der Fahrtrichtung angeordneten Ultraschallwandler 6, der mit einer bekannten Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 über Signalverbindungen verbunden ist, und ein Steuergerät 8 zur Ansteuerung der Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 verfügt.
Der Ultraschallwandler 6, der sowohl als Ultraschallquelle als auch als Ultraschallempfänger dient, besitzt eine in 1 durch einen gestrichelten Kreis angedeutete Sende- und Empfangscharakteristik, die in einer Ebene parallel zur Fahrbahn durch den Ultraschallwandler 6 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Maximum der Charakteristiken ist im Idealfall orthogonal zu der Fahrzeuglängsachse 5 ausgerichtet.
Die als elektronische Schaltung ausgebildete Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 dient dazu, auf ein Startsignal des Steuergeräts Sendesignale für den Ultraschallwandler 6 zu bilden und an diesen abzugeben, so dass dieser auf die Sendesignale hin einen den Sendesignalen entsprechenden Puls von Ultraschallwellen einer der Eigenfrequenz des Ultraschallwandlers entsprechenden Frequenz abstrahlt. Die Steuer- und Auswerte einrichtung 7 dient weiter dazu, nach Aussendung der Sendesignale Empfangssignale des Ultraschallwandlers 6 zu empfangen, die dieser bei Empfang von Ultraschallwellen, insbesondere eines Ultraschallpulses wie einem von einem der Objekte 2 zurückgeworfene Anteil des ausgesendeten Ultraschallpulses, bildet und abgibt. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 empfängt das Empfangssignal und erzeugt aus diesem ein Laufzeitsignal, das die Laufzeit des Pulses von dem Ultraschallwandler 6 zu dem Objekt 2 und zurück zu dem Ultraschallwandler 6 wiedergibt. Beispielsweise kann das Laufzeitsignal bei Erkennung einer Pulsflanke erzeugt werden, so dass es allein durch die Zeit seiner Bildung oder Übertragung die Laufzeit wiedergibt.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 zusammen mit dem Ultraschallwandler 6 stellt eine bekannte Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen dar.
Das Steuergerät 8 dient zur Ansteuerung der Vorrichtung. Zur Ermittlung der Abmessungen der Parklücke 3 tastet sie bei Vorbeifahrt an den Objekten 2 mit niedriger Geschwindigkeit, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30 km/h, den Bereich seitlich des Kraftfahrzeugs 1 in Bezug auf dort vorhandene Objekte 2 ab, wozu sie in regelmäßigen Abständen Laufzeitmessungen in einer Richtung quer zur Fahrzeuglängsachse 5 durchführt. Dazu gibt sie jeweils ein Startsignal an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 ab, die daraufhin Sendesignale an den dann als Ultraschallquelle dienenden Ultraschallwandler 6 sendet, um einen Ultraschallpuls abzugeben. Nach Abgabe des Pulses wandelt der Ultraschallwandler 6 bei Empfang von Ultraschallwellen diese in Empfangssignale, die an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 übertragen werden, wo diese aus den Empfangssignalen ein Laufzeitsignal bildet und an das Steuergerät 8 abgibt. Das Steuergerät 8 ermittelt aus dem Laufzeitsignal unter Verwendung der Ultraschallgeschwindigkeit in Luft aus der Laufzeit den Abstand d. Durch die wiederholten Messungen während der Vorbeifahrt ergibt sich ein Tiefenprofil aus einer entsprechenden Anzahl von Messungen, das den jeweiligen Abstand von erfassten Objekten als Funktion der Position in Fahrtrichtung, die unter Verwendung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt wird, darstellt.
Im Anschluss daran kann ein automatisches Einparken des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen, wenn das Steuergerät 8 durch Vergleich mit entsprechenden in ihm gespeicherten Daten erkannt hat, dass die Parklücke 3 groß genug zum automatischen Einparken ist.
Das bekannte Abstandsermittlungssystem hat jedoch den Nahteil, dass die Reichweite der Vorrichtung zur Erzeugung des Laufzeitsignals für den praktischen Einsatz zu gering, im Beispiel kleiner als 4 m, ist.
In 2 unterscheidet sich das Kraftfahrzeug 1' von dem Kraftfahrzeug 1 in 1 nur dadurch, dass statt der bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen eine entsprechende Vorrichtung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersetzt ist. Für alle unveränderten Teile werden daher dieselben Bezugszeichen verwendet und die Erläuterungen gelten auch hier entsprechend.
Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen umfasst wiederum eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 und ein Wandlermodul 10, das in einer Halteeinrichtung 11 zwei in einem vorgegebenen Abstand a voneinander angeordnete, über Signalverbindungen mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 verbundene Ultraschallwandler 12 und 13 aufweist. Der Abstand a der Ultraschallwandler 12 und 13 quer zur Hauptabstrahlrichtung beträgt in diesem Ausführungsbeispiel weniger als 20 Wellenlängen, besonders bevorzugt 5 Wellenlängen, der Ultraschallwellen in Luft, nämlich etwa 5 mm.
Die Halteeinrichtung 11, im Beispiel ein als Gehäuse dienendes Kunststoffspritzteil, aus einem die Übertragung von Ultraschallwellen hemmenden Kunststoff, besitzt zwei Aufnahmen 14 und 15 mit Entkopplungsringen zur Aufnahme der konventionellen Ultraschallwandler 12 und 13.
Die Ultraschallwandler 12 und 13 sind in bekannter Weise aufgebaut und verfügen jeweils über ein Kunststoffgehäuse mit einer Aluminiummembran, auf deren Innenseite eine Piezokeramikscheibe eingeklebt ist, die wiederum durch entsprechende Sendesignale in ihrer Ausdehnung veränderbar ist, die durch die Verbindung mit der Membran letzter anregt. Umgekehrt gibt die Piezokeramikscheibe bei Anregung der Membran mit Ultraschallwellen durch eine entsprechende Krafteinwirkung auf die Scheibe Empfangssignale ab.
Das Wandlermodul 10 mit den Ultraschallwandlern 12 und 13 ist weiter so ausgebildet, dass die Abstrahl- bzw. Empfangsbereiche unmittelbar von der Aluminiummembran der Ultraschallwandler 12 bzw. 13 im wesentlichen glatt sind und keine hervorstehenden ultraschallbündelnden Einrichtungen, insbesondere keine Röhren mit Ausdehnungen größer als eine halbe Wellenlänge in Abstrahlrichtung, aufweisen bzw. ins solchen versenkt angeordnet sind. Damit wird eine gute Integration in das Karosseriedesign ermöglicht und eine schwer zu entfernende Verschmutzung während des Betriebs vermieden.
Das Wandlermodul 10 ist so an dem Kraftfahrzeug 1' angebracht, dass eine Verbindungslinie durch die Ultraschallwandler 12 und 13 wenigstens näherungsweise parallel zu der Fahrzeuglängsachse 3 und der Fahrbahn, auf der das Kraftfahrzeug steht, ausgerichtet ist.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 ist nun dazu ausgebildet, auf Startsignale des Steuergeräts 8 die Ultraschallwandler 12 und 13 so als Ultraschallquellen anzusteuern bzw. von den Ultraschallwandlern abgegebene Empfangssignale so auszuwerten, dass das im folgenden geschilderte Verfahren nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 gibt auf den Empfang eines Startsignals des Steuergeräts 8 Sendesignale an die beiden Ultraschallwandler 12 und 13 ab, so dass diese einen Puls aus Ultraschallwellen derselben vorgegebenen Frequenz mit einer festen vorgegebenen Phasenbeziehung abstrahlen. In diesem ersten Ausführungsbeispiel werden die Ultraschallwellen in Phase, d.h. mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung von 0°, abgegeben.
Die Ultraschallwandler 12 und 13 haben jeweils eine Abstrahl- und Empfangscharakteristik, die der des Ultraschallwandlers 6 entspricht. Da beide Ultraschallwandler 12 und 13 als Ultraschallquellen Ultraschallwellen der gleichen Frequenz mit der vorgegebenen Phasenverschiebung abstrahlen, werden von zwei in einem vorgegebenen Abstand a voneinander akustisch voneinander getrennten Orten gleichzeitig Ultraschallwellen mit der gleichen Frequenz mit einer vorgegebenen Phasenbeziehung zueinander abgestrahlt werden, so dass diese sich interferierend überlagern. Es ergibt sich dadurch die in 2 durch gepunktete Linien angedeutete Sendecharakteristik der Gesamtanordnung, bei der durch Interferenz wenigstens drei Sendekeulen entstehen, von denen die mittlere mit der höchstens Intensität die einen Winkel von etwa 90° mit der Verbindungslinie des Fahrzeugs 1' bildende Hauptsendekeule 16 ist.
Die Form der Hauptsendekeule 16 und die Winkel zwischen der Hauptsendekeule 16 und den Nebenkeulen 17 richten sich nach dem Verhältnis von Wellenlänge und Abstand a. Der Abstand a ist in Abhängigkeit von der verwendeten Wellenlänge vorzugsweise so gewählt, dass der Winkel zwischen der Hauptsendekeule 16 und den Nebenkeulen 17 möglichst groß ist, so dass Objekte möglichst nur durch die Hauptsendekeule 16 mit für den Empfang hinreichender Intensität erfasst werden.
Durch die Ausbildung der Hauptsendekeule 16 wird eine wesentlich größere Reichweite erreicht als bei Verwendung einer einzelnen Ultraschallquelle wie in 1.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 schaltet nach Abgabe des Ultraschallpulses auf Empfang und empfängt in diesem Ausführungsbeispiel Empfangssignale des Ultraschallwandlers 12, die dieser durch Wandlung eines von einem der Objekte 2 zurückgeworfenen Anteils des ausgesendeten Ultraschallpulses bildet und abgibt.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 ermittelt die Lage der Pulsflanke des zurückgeworfenen Pulsanteils und bildet ein dementsprechendes Laufzeitsignal, das sie an das Steuergerät 8 abgibt, das diese wie bei dem bekannten Abstandsermittlungssystem 4 in 1 weiterverarbeitet.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist nur die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung ersetzt, die sich von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 dadurch unterscheidet, dass sie nur einen der Ultraschallwandler, beispielsweise der Ultraschallwandler 12, durch Abgabe entsprechender Sendesignale als Ultraschallquelle für einen Ultraschallpuls ansteuert. Dieser fungiert insoweit im Wesentlichen wie der in 1.
Nach Abgabe des Ultraschallpulses werden jedoch Empfangssignale beider Ultraschallwandler 12 und 13 empfangen und unter Beachtung der Phasenbeziehung zwischen diesen und einer vorgegebenen Phasenbeziehung, in diesem Ausführungsbeispiel 0°, ausgewertet.
Von einem der Objekte ausgehende Ultraschallwellen werden daher gleichzeitig an zwei in einem vorgegebenen Abstand a voneinander akustisch getrennte Orten mit unterschiedlichen Empfangsphasen unter Bildung von Empfangssignalen empfangen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung wertet diese Empfangssignale in Abhängigkeit voneinander und der vorgegebenen Phasenbeziehung unter Bildung des Laufzeitsignals aus. Dabei wird von einer festen Phasenlage der Empfangssignale, entsprechend der Phasen der Ultraschallwellen auf den Oberflächen der Ultraschallwandler, im Beispiel von 0°, ausgegangen. Die beiden Ultraschallwandler 12 und 13 bilden daher zusammen mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Empfangseinrichtung, deren Empfangscharakteristik der Sendecharakteristik im ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Es wird so in der Hauptempfangskeule, die der Hauptsendekeule 16 entspricht, eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht, so dass auch hier die Reichweite der Gesamtanordnung erhöht ist.
Ein drittes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wiederum nur durch die Ausbildung der Steuer- und Auswerteeinrichtung 9. Diese ist nun so ausgebildet, dass sie zur Abstrahlung der Ultraschallwellen und zum Empfang der Ultraschallwellen jeweils dieselben beiden Ultraschallwandler, d.h. die Ultraschallwandler 12 und 13 benutzt. Das bedeutet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Abgabe der Ultraschallwellen wie die Steuer- und Auswerteeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist und zur Bildung der Laufzeitsignale wie die der zweiten Ausführungsform. Dabei wird für die Abstrahlung wie auch den Empfang von der gleichen Phasenbeziehung bzw. Phasenverschiebung ausgegangen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich nicht nur eine besonders große Reichweite, sondern auch eine besonders gute Richtungscharakteristik bei der Erfassung von Objekten, da sowohl die Sende- als auch die Empfangscharakteristik stark gerichtet ist. Diese Richtungscharakteristik erlaubt es insbesondere in Bezug auf den Winkel zu dem Wandlermodul 10 nahe beieinander liegende Objekte 2 mit größerer Sicherheit zu trennen als dies bei den bekannten Systemen möglich ist.
Ein viertes, in 4 veranschaulichtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, dass zum einen das Wandlermodul 10 gegenüber der Fahrzeuglängsachse 3 in einem von 90° abweichenden Winkel geneigt im Bereich des vorderen Stoßfängers angeordnet ist und dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 nun so ausgebildet ist, dass die Phasenverschiebung bei Sende- und/oder Empfangsbetrieb einstellbar ist. Hierzu verfügt sie über eine Einrichtung 19 zur Verschiebung der Phasen der Sendesignale bzw. der Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um eine vorgegebene Phasenverschiebung, die über einen entsprechenden Eingang bzw. eine entsprechende Schnittstelle von dem Steuergerät 8 einstellbar ist. Diese Einrichtung 19 kann beispielsweise eine elektronische Schaltung umfassen, die eine einstellbare Phasenverschiebung erlaubt. So können die vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den abgegebenen Ultraschallwellen erzeugt wird bzw. Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um die vorgegebene Phasenverschiebung zueinander verschoben werden.
Der Wert für die Phasenverschiebung wird so gewählt, dass das Maximum der abgestrahlten Intensität der überlagerten Ultraschallwellen, d.h. das Maximum der Hauptkeule in einer Richtung liegt, bzw. das Empfindlichkeitsmaximum der Empfangscharakteristik in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie zwischen den Ultraschallwandlern 12 und 13, d.h. den zwei Sende- bzw. Empfangsorten, geneigt ist.
Im Ausführungsbeispiel ist die Phasenverschiebung insbesondere so gewählt, dass das Maximum der Hauptsendekeule 16 wenigstens näherungsweise orthogonal zu der Fahrzeuglängsachse 5 ausgerichtet ist, obwohl das Wandlermodul 10 anders ausgerichtet ist. Es erfolgt daher ein elektronisches Schwenken der Sende- bzw. Empfangscharakteristik.
Dies hat den Vorteil, dass ein Nachjustieren der Ausrichtung der Sende- und Empfangscharakteristik einfach rein elektronisch ohne mechanische Änderungen möglich ist, und dass eine große Freiheit in der Wahl des Einbauortes an dem Fahrzeug 1 besteht.
Weitere Ausführungsformen unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass die Vorrichtung auch zur Erfassung von Lagen und Abständen im Nahbereich eingerichtet ist. Dazu braucht jeweils nur die Steuer- und Auswerteeinrichtung so modifiziert zu sein, dass auf ein entsprechendes Steuersignal des Steuergeräts 8 hin zur Messung des Abstands im Nahfeld von einem der Ultraschallwandler 12 oder 13 Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und von dem anderen Ultraschallwandler 13 von dem Objekt zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen werden. Dabei kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung insbesondere Empfangssignale von dem als Empfänger dienenden Ultraschallwandler 13 schon während der Abgabe eines Ultraschallpulses empfangen, so dass auch sehr kurze Laufzeiten und damit Abstände erfasst werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind das Steuergerät und die Steuer- und Auswerteeinrichtung so ausgebildet, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils von einem der beiden Ultraschallwandler Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und von dem Objekt zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Pulslaufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben.
Alternativ können das Steuergerät und die Steuer- und Auswerteeinrichtung so ausgebildet sein, dass zur Messung der Lage des Objekts im Nahfeld nacheinander jeweils an einem der wenigstens zwei Orte Ultraschallwellen einer Pulslaufzeitmessung empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts wiedergeben.
Ein Wandlermodul 20 für eine Vorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das für sich genommen auch eine Erfindung darstellt, unterscheidet sich von dem Wandlermodul 11 dadurch, dass nur ein als Ultraschallquelle dienender Ultraschallwandler 21 vorgesehen ist, vor dem jedoch eine Maske bzw. Blende 22, beispielsweise gegeben durch ein Gehäuse 23 mit wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordneten Öffnungen 24, aus einem für Ultraschall der verwendeten Frequenz stark intransparenten, vorzugsweise absorbierenden Material angeordnet ist.
Die entsprechende Steuer- und Auswerteeinrichtung ist gegenüber der Steuer- und Auswerteeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels insofern geändert, als sie nun nur an den einen Ultraschallwandler Sendesignale abzugeben braucht, woraufhin dieser Ultraschallwellen erzeugt, die jedoch nur die Öffnungen 24 der Blende 22 abgegeben werden. Auf diese Weise kann mit nur einem Ultraschallwandler ebenfalls eine Abgabe von Ultraschallwellen von zwei für Ultraschallwellen akustische voneinander getrennten, in einem vorgegebenen Abstand a voneinander beabstandeten Orten erreicht werden. Die Ultraschallwellen können dann im Fernfeld wie die Ultraschallwellen des ersten Ausführungsbeispiels interferieren.

1, 1': Kraftfahrzeug
2: Objekte
3: Parklücke
4: Abstandsermittlungssystem
5: Fahrzeuglängsachse
6: Ultraschallwandler
7: Steuer- und Auswerteeinrichtung
8: Steuergerät
9: Steuer- und Auswerteeinrichtung
10: Wandlermodul
11: Halteeinrichtung
12: Ultraschallwandler
13: Ultraschallwandler
14: Aufnahme
15: Aufnahme
16: Hauptsendekeule
17: Nebenkeulen
18: Steuer- und Auswerteeinrichtung
19: Einrichtung zur Verschiebung von Phasen
20: Wandlermodul
21: Ultraschallwandler
22: Maske
23: Gehäuse
24: Öffnungen
a: Abstand
d: Abstand

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts (2) durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, bei dem von wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander akustisch voneinander getrennten Orten gleichzeitig Ultraschallwellen mit der gleichen Frequenz mit einer vorgegebenen Phasenbeziehung zueinander abgestrahlt werden, so dass diese sich interferierend überlagern und wenigstens einen Ultraschallpuls bilden, und/oder bei dem von dem Objekt (2) ausgehende Ultraschallwellen gleichzeitig an zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander akustisch getrennte Orten (12, 13) unter Bildung von Empfangssignalen empfangen werden und die Empfangssignale in Abhängigkeit voneinander unter Bildung des Laufzeitsignals ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Abstrahlung der Ultraschallwellen und zum Empfang der Ultraschallwellen dieselben Ultraschallwandler (12, 13; 21) benutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstand der wenigstens zwei Orte (12, 13) kleiner als 20, vorzugsweise 10 Wellenlängen, besonders bevorzugt 5 Wellenlängen, der Ultraschallwellen in Luft ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den abgegebenen Ultraschallwellen erzeugt wird bzw. Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um eine vorgegebene Phasenverschiebung zueinander verschoben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der abgestrahlten Intensität der überlagerten Ultraschallwellen in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Orte (12, 13) geneigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der Empfangsempfindlichkeit für einen Empfang an den beiden Orten (12, 13) und die gemeinsame Auswertung in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Orte (12, 13) geneigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wert für die Phasenverschiebung erfasst oder ermittelt und verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Messung des Abstands im Nahfeld von einem der Orte (12, 13) Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und an einem anderen der Orte (12, 13) von dem Objekt (2) zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Messung der Lage des Objekts (2) im Nahfeld nacheinander jeweils von einem der beiden Orte (12, 13) Ultraschallwellen für eine Pulslaufzeitmessung ausgesendet und von dem Objekt (2) zurückgeworfene Anteile der Ultraschallwellen empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Pulslaufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts (2) wiedergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Messung der Lage des Objekts (2) im Nahfeld nacheinander jeweils an einem der wenigstens zwei Orte (12, 13) Ultraschallwellen einer Pulslaufzeitmessung empfangen und entsprechende Pulslaufzeiten ermittelt werden, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts (2) wiedergeben.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts (2) durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, umfassend: wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Ultraschallquellen (12, 13, 21) mit glattem Abstrahlbereich, die Sendesignale in Ultraschallwellen wandeln und die Ultraschallwellen abstrahlen, so dass diese sich interferierend überlagern, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18), die dazu ausgebildet ist, Sendesignale für die wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 13; 21) zu bilden und abzugeben, so dass diese gleichzeitig Ultraschallwellen mit gleicher Frequenz und vorgegebener Phasenbeziehung abgeben, und wenigstens ein Empfangssignal, das von wenigstens einem Ultraschallwandler, den wenigstens eine der wenigstens zwei Ultraschallquellen aufweist, und/oder einen weiteren Ultraschallwandler durch Wandlung empfangener, von dem Objekt (2) zurückgeworfener Ultraschallwellen gebildet ist, zu empfangen und unter Bildung des Laufzeitsignals auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 13) jeweils wenigstens einen Ultraschallwandler aufweisen, der auch als Ultraschallempfänger ausgebildet ist, der empfangene Ultraschallwellen in Empfangssignale wandelt und diese abgibt, und bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter so ausgebildet ist, dass sie die Empfangssignale der wenigstens zwei Ultraschallwandler (12, 13) empfängt und bei der Auswertung gemeinsam verwendet.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Laufzeitsignals für eine Bestimmung eines Abstands eines Objekts (2) durch Messung der Laufzeit von Ultraschallpulsen, umfassend: wenigstens zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Ultraschallwandler (12, 13; 21) mit glattem Empfangsbereich, die dazu ausgebildet sind, Ultraschallwellen zu empfangen, in Empfangssignale zu wandeln und die Empfangssignale abzugeben, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18), die dazu ausgebildet ist, Sendesignale für wenigstens eine Ultraschallquelle (12, 13; 21), die wenigstens einen der Ultraschallwandler und/oder einen weiteren Ultraschallwandler umfasst, abzugeben, so dass die wenigstens eine Ultraschallquelle (12, 13; 21) durch die Sendesignale bestimmte Ultraschallwellen abstrahlt, und Empfangssignale der wenigstens zwei Ultraschallwandler (12, 13; 21), die durch Wandlung empfangener, von dem Objekt zurückgeworfener Ultraschallwellen gebildet sind, zu empfangen und gemeinsam unter Bildung des Laufzeitsignals auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die wenigstens zwei Ultraschallwandler (12, 13; 21) auch als Ultraschallquellen ausgebildet sind, die auf Sendesignale hin durch die Sendesignalen bestimmte Ultraschallwellen abgeben, und bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter dazu ausgebildet ist, die Sendesignale für die wenigstens zwei Ultraschallwandler (12, 13; 21) zu bilden und abzugeben, so dass diese gleichzeitig Ultraschallwellen mit der vorgegebenen Frequenz und vorgegebener Phasenbeziehung abgeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der der Abstand der wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 13; 21) bzw. Ultraschallwandler kleiner als 20, vorzugsweise 10 Wellenlängen, besonders bevorzugt 5 Wellenlängen, der Ultraschallwellen in Luft ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die wenigstens zwei Ultraschallquellen bzw. Ultraschallwandler (12, 13; 21) in einer einzelnen Haltevorrichtung (11; 23) gehalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der eine Einrichtung (19) zur Verschiebung der Sendephasen der zu sendenden Ultraschallwellen zueinander vorgesehen ist, mittels derer eine vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den gesendeten Ultraschallwellen erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der abgestrahlten Intensität der überlagerten Ultraschallwellen der wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 23; 21) in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Ultraschallquellen (12, 13; 21) geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei der eine Einrichtung (19) zur Verschiebung der Empfangsphasen der empfangenen Ultraschallwellen um eine vorgegebene Phasenverschiebung zueinander vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Wert für die Phasenverschiebung so gewählt ist, dass das Maximum der Empfangsempfindlichkeit der Vorrichtung in einer Richtung liegt, die gegenüber einer Verbindungslinie der wenigstens zwei Ultraschallwandler (12, 13; 21) geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter dazu ausgebildet ist, einen Wert für die Phasenverschiebung zu erfassen oder zu ermitteln, und den ermittelten Wert zu verwenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter so ausgebildet ist, dass zur Messung des Abstands im Nahfeld eine der Ultraschallquellen (12, 13; 21) oder einer der Ultraschallwandler (12, 13; 21) als Ultraschallsender und eine andere der Ultraschallquellen (12, 13; 21) oder ein anderer der Ultraschallwandler (12, 13; 21) als Ultraschallempfänger für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter so ausgebildet ist, dass zur Messung der Lage des Objekts (2) im Nahfeld nacheinander jeweils einer der Ultraschallquellen (12, 13; 21) als Ultraschallsender für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts (2) wiedergeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9; 18) weiter so ausgebildet ist, dass zur Messung der Lage des Objekts (2) im Nahfeld nacheinander jeweils einer der Ultraschallwandler (12, 13; 21) als Ultraschallempfänger für eine Pulslaufzeitmessung betrieben wird, und aus den Laufzeiten mittels Triangulation Daten ermittelt werden, die die Lage des Objekts (2) wiedergeben.