PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10103936C2 15.05.2003
Titel Ultraschall-Sonarsystem und -verfahren mit Verwendung einer Sendefrequenz, die von einer Nachschwingungsfrequenz verschieden ist
Anmelder Nippon Soken, Inc., Nishio, Aichi, JP;
Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Iwasaki, Nobuyuki, Nishio, Aichi, JP;
Kani, Hiroyuki, Nishio, Aichi, JP;
Tsuzuki, Takeo, Kariya, Aichi, JP;
Chiba, Tanemichi, Kariya, Aichi, JP;
Asakura, Fumio, Nishio, Aichi, JP
Vertreter Kuhnen & Wacker Patentanwaltsgesellschaft GbR, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 30.01.2001
DE-Aktenzeichen 10103936
Offenlegungstag 03.01.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse G01S 15/04
IPC-Nebenklasse G01S 7/523   G01S 15/93   G08G 1/16   B60R 16/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-Sonarsystem zum Detektieren eines Hindernisses nach dem Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Aussenden einer Ultraschallwelle von einem Ultraschall-Oszillator nach dem Anspruch 8.

Ultraschallsonarsysteme, die für Fahrzeuge verwendet werden, sind als Rücksonars (buck sonars) und als Ecksonars (corner sonsars) bekannt. Solch ein Fahrzeug- Sonargerät umfaßt allgemein einen Ultraschall-Sender/Empfänger (einen Sender und einen Empfänger, die einen Ultraschall-Oszillator verwenden), der in einem Stoßfänger eines Fahrzeugs montiert ist. Dieser Sender/Empfänger sendet Impulse einer Ultraschallwelle aus und empfängt Echoimpulse von einem Hindernis. Die Laufzeit der Ultraschallwelle wird gemessen und es wird der Abstand zu dem Hindernis aus der gemessenen Zeit berechnet.

Spezifischer ausgedrückt, wird die Einhüllende der Echowelle detektiert. Wenn die detektierte Einhüllende einen bestimmten Schwellenwertpegel überschreitet, wird festgelegt, daß ein Hindernis vorhanden ist. Es wird dann der Abstand zu dem Hindernis aus der Dauer zwischen dem Moment, wenn die Ultraschallwelle ausgesendet wird und dem Moment, wenn der Schwellenwertpegel überschritten wird, berechnet. Das Sonargerät informiert den Fahrer über das Vorhandensein eines Hindernisses gemäß dem Berechnungsergebnis des Abstandes. Das heißt, wenn das Fahrzeug parkt oder eine Kehre Fährt, wird die Möglichkeit der Berührung mit einem Hindernis festgestellt. Dann warnt das Sonarsystem einen Fahrzeugfahrer, um eine mögliche Kollision mit dem Hindernis zu vermeiden.

Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen einzelnen Ultraschall-Oszillator, der eine Ultraschallwelle aussendet und empfängt. Selbst nachdem die Ultraschallwellen- Aussendeoperation des Ultraschall-Oszillators angehalten wurde, fährt der Oszillator damit fort, zu oszillieren, und zwar auf Grund seiner mechanischen Trägheit, das heißt der Nachschwingung. Dort, wo sowohl das Aussenden als auch das Empfangen durch einen Ultraschall-Oszillator von einem Impulsradarsystem ausgeführt werden und die Einhüllende einer Echowelle detektiert wird, um ein Hindernis festzustellen, kann die Echowelle nicht von der Nachschwingung (Abklingschwingung) unterschieden werden, wenn die Echowelle empfangen wird, bevor die Nachschwingung verschwindet. Es ist demzufolge schwierig, Hindernisse zu detektieren, die in einer Nähe vorhanden sind, beispielsweise weniger als etwa 25 cm.

Aus der WO 90/08966 A1 ist ein Ultraschall-Sonarsystem zur Abstandsmessung bekannt, welches einen Wandler und einen dem Wandler zugeordneten Impulsgenerator enthält, um ein Ultraschallsignal zu erzeugen, ferner einen Empfänger enthält, um Echosignale von dem vom Wandler erzeugten Signal zu empfangen, wobei der Empfänger eine Einrichtung enthält, durch die Gruppen der Echosignale, die von einem einzelnen Signal von dem Wandler empfangen wurden, in eine Tabelle eingefügt werden, und wobei aus dieser Tabelle das Echosignal gemäß einer kürzesten Strecke, die analog zu dem zu messenden Abstand ist, erhalten werden kann, und wobei eine Abstandsablesung erreicht werden kann. Wenn bei diesem bekannten Meßgerät das Echosignal gemäß der kürzesten Strecke in den originalen Impuls eingebettet ist, so werden der Wandler und der Empfänger auf einer subharmonischen oder harmonischen Frequenz betrieben.

Aus der DE 41 38 328 A1 ist eine Meßvorrichtung unter Verwendung einer Ultraschallwelle bekannt, bei der ein Ultraschallwellenimpuls in eine Probe gesendet wird, das durch die Probe reflektierte Echosignal empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Komponenten des elektrischen Signals, welche die von der Probe reflektierte Welle darstellen und Daten über den Zustand der Probe enthalten, werden durch eine Gatterschaltung extrahiert. Die durch die Gatterschaltung erhaltenen Komponenten werden durch eine Schaltung zur Durchführung einer Fourier-Transformation in ein Leistungsspektrum umgewandelt. Die Dicke der Probe und/oder der Schuppenzustand der Probe kann aus diesem Leistungsspektrum bestimmt werden.

Aus der US 3 783 258 ist ein Prozessor für eine Radar- und Vielfachkanal- Sonar-Spektralanalyse von bandbegrenzten Eingangssignalen bekannt, wobei dieser Prozessor auf einer Schiebregisterausführung für einen Algorithmus gemäß einer schnellen Fourier-Transformation basiert, welches Register mit einer einzelnen Durchlauf-Arithmetikeinheit gekoppelt ist.

Aus der US 5319611 ist ein digitales Signalverarbeitungssystem bekannt, welches bei einem Sonar-System zur Hinderniserkennung eingesetzt wird.

In dem offengelegten japanischen Patent Nr. 268035/1998 wird vorgeschlagen, daß eine Oszillationsfrequenz f1, die von der Resonanzfrequenz fr eines Sender/Empfängers (Ultraschallsensors) verschieden ist, verwendet wird. Die Detektion wird mit einem Filter vorgenommen, welches die Frequenz von |fr - f1| durchläßt, die einer Schwebungsfrequenz entspricht. Dort, wo eine Echowelle einer Nachschwingung überlagert wird, wenn das Signal verstärkt wird, führt der Abschnitt der Ausgangsgröße aus dem Verstärker, der die Echowelle (Empfang) anzeigt, zu einer Sättigung auf Grund einer übermäßigen Verstärkung. Speziell gesagt, muß die Verstärkung so eingestellt werden, daß selbst schwache Echowellen von entfernten Hindernissen detektiert werden können. Daher tritt eine Sättigung auf, wenn eine Echowelle von einem Hindernis in kurzem Abstand empfangen wird. Somit erscheint die Schwebungsfrequenz |fr - fl| nicht und es kann somit das empfangene Signal nicht detektiert werden.

Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ultraschall- Sonarsystem und Verfahren zum Detektieren von Hindernissen zu schaffen, bei dem eine Erfassung eines Hindernisses sogar mitten in der Nachschwingung des Ultraschalloszillators möglich ist, um dadurch Hindernisse in der Nähe zu detektieren.

Gemäß dem Ultraschall-Sonarsystem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sonarsystem ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die genannte Aufgabe durch die im Anspruch 8 aufgeführten Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem Anspruch 9.

Die oben angegebene Aufgabe und weitere ziele, Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Sender/Empfängers, der in dem Ultraschall-Sonarsystem der ersten Ausführungsform enthalten ist;

Fig. 3 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Ultraschall-Oszillators und dessen zugeordneten Schaltungen, die bei der ersten Ausführungsform enthalten sind;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 5 einen Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 6 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 7 einen weiteren Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 8 ein Wellenformdiagramm, welches die Wellenformtransformation bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 9 ein Wellenformdiagramm, welches die Wellenformtransformation bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 10 ein Diagramm, welches eine Kurzbereichsmessung bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 13 einen Zeitplan, der den Betrieb der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 14 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der dritten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 17 ein Wellenformdiagramm einer Wellenform, die dann erhalten wird, wenn bei der dritten Ausführungsform eine Nachschwingung oder Abklingschwingung gefunden wird;

Fig. 18 ein Wellenformdiagramm, bei dem die Nachschwingung oder Abklingschwingung und die Sendefrequenz bei der dritten Ausführungsform dicht beieinander liegen;

Fig. 19 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer ierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 einen Zeitplan, der die Betriebsweise der vierten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 21 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der vierten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 22 ein Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vierten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 23 ein anderes Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vierten Ausführungsform veranschaulicht; und

Fig. 24 ein weiteres Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vierten Ausführungsform veranschaulicht.

Die vorliegende Erfindung wird nun mehr in Einzelheiten unter Hinweis auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sind gleiche Bezugszeichen dafür verwendet, um bei allen Ausführungsformen die gleichen Teile zu bezeichnen.

Erste Ausführungsform

Ein Ultraschall-Sonarsystem, welches in Fig. 1 gezeigt ist, ist in einem Fahrzeug montiert und wird als ein Rücksonar (back sonar) oder als ein Ecksonar (corner sonar) verwendet. Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen Ultraschall-Oszillator, der dazu verwendet wird, um eine Ultraschallwelle auszusenden und zu empfangen, um ein Hindernis mit Hilfe eines Impulssonarsystems zu detektieren.

Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen Sender/Empfänger (Ultraschallsensor) 1, eine Sende-/Empfangsschaltschaltung 2 mit Schaltern SW1 und SW2, einem Sendesystem 3, einem Empfangssystem 4, einem Mikrocomputer (MC) 5, einer Anzeigevorrichtung 6 und einem Summer 7. Der Sender/Empfänger 1 ist mit einem Ultraschall- Oszillator ausgestattet und ist an dem Heck oder einer Eckpartie in einem rückwärtigen Fahrzeugstoßfänger eingesetzt, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die anderen Teile 2-7 sind in der Fahrzeugfahrgastzelle platziert. Das Sendesystem 3 umfaßt eine Oszillatorschaltung (OSC) 8, die ein Sendesignal von 39 kHz erzeugt. Das Empfangssystem 4 besitzt ein Tiefpaßfilter (LPF) 9, eine Verstärkerschaltung (AMP) 10, eine Einhüllende- Detektorschaltung (ENV) 11 und einen Komparator (COMP) 12. Der Mikrocomputer 5 besitzt einen A/D-Umsetzer (ADC) 13.

Die Oszillatorschaltung 8 des Sendesystems 3 ist mit dem Sender/Empfänger 1 über den Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 verbunden. Der Sender/Empfänger 1 ist mit dem Tiefpaßfilter 9 in dem Empfangssystem 4 über den Schalter SW2 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 verbunden. Der Sender/Empfänger 1 sendet eine Ultraschallwelle zu dem Heckbereich oder den Eckenumgebungen des Fahrzeugs aus, und zwar im Ansprechen auf das Signal von der Oszillatorschaltung 8 und empfängt eine Echowelle von einem Hindernis. Der Sender/Empfänger 1 schickt ein entsprechendes empfangenes Ultraschallsignal zu dem Tiefpaßfilter 9. Einer der Schalter SW1 und SW2 in der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 wird zu einem Zeitpunkt unter der Steuerung des Mikrocomputers geschlossen. Speziell, wenn die Ultraschallwelle ausgesendet wird, wird der Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen. Wenn die reflektierte Welle empfangen wird, wird der Schalter SW2 geschlossen.

Bei dem Empfangssystem 4 entfernt das Tiefpaßfilter 9 die elektrischen Störsignale, die dem Ultraschallsignal von dem Sender/Empfänger 1 überlagert wurden. Das Ausgangssignal aus dem Filter 9 wird durch die Verstärkerschaltung 10 verstärkt. Das heißt, das Signal, welches der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, wird auf einen Pegel verstärkt, bei dem eine Analog-zu-Digital-Umsetzung möglich ist. Das Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 wird zu der Einhüllende-Detektorschaltung 11 gesendet, die ihrerseits die Einhüllende detektiert. Die detektierte Einhüllende wird mit einem gegebenen Signalwert vermittels des Komparators 12 verglichen. Das Vergleichsergebnis wird zu dem Mikrocomputer 5 gesendet und wird zusammen mit der gemessenen Nachschwing- oder Abklingzeit nach dem Anhalten der Aussendung der Ultraschallwelle verwendet, um zu bestätigen, daß kein Bruch in den elektrischen Drähten aufgetreten ist.

Das Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 wird zu dem A/D-Umsetzer 13 des Mikrocomputers 5 gesendet. Der A/D-Umsetzer 13 wandelt sein Eingangssignal in ein entsprechendes digitales Signal um. Das heißt, der A/D-Umsetzer 13 setzt das analoge Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 in ein digitales Signal um.

Der Mikrocomputer 5 führt verschiedene Berechnungen durch, abhängig von dem Signal von dem Komparator 12 und von dem digitalen Wert entsprechend dem Ausgangssignal aus dem Sender/Empfänger 1 und führt eine Bestimmung durch, ob ein Hindernis vorhanden ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung darin besteht, daß ein Hindernis nahe bei dem Fahrzeug vorhanden ist, warnt der Mikrocomputer den Fahrzeugfahrer unter Verwendung der Anzeigevorrichtung 6 und des Summers 7. Spezifisch wird der Abstand zu dem Hindernis gemessen und der Mikrocomputer 5 informiert den Fahrer über den gemessenen Abstand, indem er den Abstand in Ausdrücken des Intervalls zwischen Schallimpulsen wiedergibt oder indem er den Abstand an der Anzeigevorrichtung 6 darstellt.

Die Schaltungskonfiguration des Senders/Empfängers 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Der Sender/Empfänger 1 besitzt einen Ultraschall-Oszillator 20 als eine Hauptkomponente und enthält ferner externe zugeordnete Schaltungen, die, aus einer Treiberschaltung (DRV) 21, einem Übertrager 22 und einem Kondensator 23 besteht. Die externe Schaltungsanordnung, die den Übertrager 22 und den Kondensator 23 enthält, arbeitet dahingehend, um die Nachschwing- oder Abklingzeit auf ein Minimum zu reduzieren.

Eine äquivalente Schaltung des Senders/Empfängers 1 ist in Fig. 3 gezeigt und besteht aus Widerständen 31, 32, 33, einem Kondensator 34 und aus Induktivitäten 35, 36, 37. Wenn der Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen wird, wird der Ultraschall-Oszillator 20 im Ansprechen auf ein Sendesignal von 39 kFz aktiviert.

Die Nachschwing- oder Abklingfrequenz und die Sendefrequenz werden in der folgenden Weise definiert. Wenn eine Spannung V0 an den Ultraschall-Oszillator 20, der in Fig. 3 gezeigt ist, angelegt wird, ist die Dämpfungsfrequenz (das heißt die Nachschwingfrequenz) Frev gleich der natürlichen Frequenz (Resonanzfrequenz) Fres der gesamten Schaltung, bestimmt durch die Impedanz der gesamten Schaltung. Die Nachschwingfrequenz Frev hängt von der Frequenz des Sendesignals ab, welches von der Oszillatorschaltung 8 erzeugt wird und stimmt nicht mit der Sendefrequenz Fo überein, entsprechend dem Ausdruck Frev ≠ Fo. Daher ist die Nachschwingfrequenz Frev konstant und von der Sendefrequenz Fo unabhängig.

Das heißt es wurde festgestellt, daß die Nachschwing- oder Abklingfrequenz Frev durch den Ultraschall-Oszillator 20 bestimmt wird und auch durch die Zeitkonstante der zugeordneten Schaltung (das heißt durch die Impedanz der gesamten Schaltung des Senders/Empfängers 1, der in Fig. 2 gezeigt ist) und nicht von der Sendefrequenz abhängig ist. Auf der Grundlage dieser Feststellung wird die Ultraschallwelle mit einer Frequenz verschieden von der Nachschwingfrequenz Frev ausgesendet und die Echowellenfrequenzkomponente, die unter der Nachschwingung enthalten ist, wird durch die digitale Signalverarbeitung (DSP) extrahiert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Frequenz der Echowelle gleich der Sendefrequenz.

Der Mikrocomputer 5 ist derart programmiert, um die Signalverarbeitung durchzuführen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Wellenformen, die in Verbindung mit der Signalverarbeitung erzeugt werden. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, stellt der Mikrocomputer 5 den Betriebsmodus auf einen Sendemodus zu einem gegebenen Zeitpunkt ein. In dem Sendemodus ist der Schalter SW1 der Sende- /Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen. Das Sendesignal von 39 kHz aus der Oszillatorschaltung 8 wird zu dem Sender/Empfänger 1 gesendet, der seinerseits eine Ultraschallwelle zur Umgebung des Fahrzeugs aussendet. Der Mikrocomputer 5 schaltet den Betriebsmodus auf den Empfangsmodus um. Im Empfangsmodus ist der Schalter SW2 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen. Eine Echowelle von einem Hindernis wird durch den Sender/Empfänger 1 empfangen und wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches seinerseits zu dem Tiefpaßfilter 9 des Empfangssystems 4 gesendet wird. Die Nachschwingfrequenz liegt bei 43 kHz.

Auf Grund der Eigenschaften des Senders/Empfängers 1 setzt sich die Nachschwingung oder Abklingschwingung nach der Umschaltung des Betriebsmodus auf Empfang fort. Daher erreicht die Anschlußspannung des Senders/Empfängers 1 eine Wellenform, wie sie durch (b) angezeigt ist. Die Nachschwingung existiert für eine Periode von etwa 900 bis 1000 µs, in welcher eine empfangene Ultraschallwelle für eine Periode von etwa 250 µs als Beispiel ausgesendet wird. Die Welle in (b) zeigt einen Fall, bei dem keine empfangene Ultraschallwelle (kein Hindernis) vorhanden ist. Wenn ein Hindernis vorhanden ist und eine Echowelle von diesem erzeugt wird, dann ändert sich eine Wellenform so, wie durch (c) dargestellt ist.

Das Ausgangssignal aus dem Sender/Empfänger 1 wird durch das Tiefpaßfilter 9 und die Verstärkerschaltung 10 hindurchgeleitet. Das Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 erreicht eine Wellenform, wie sie durch (d) angezeigt ist. Unter dieser Bedingung ist die Echowelle innerhalb der Nachschwingung vorhanden. Wie in dem vergrößerten Diagramm von Fig. 7 gezeigt ist, werden dann, wenn sich ein Hindernis in der Nähe befindet, die Nachschwingung, die durch (b) angezeigt ist, und die Echowelle, die durch (c) angezeigt ist, auf dem empfangenen Signal überlagert. Es wird somit das Signal, welches durch (a) angezeigt ist, von der Verstärkerschaltung 10 an die Einhüllende-Detektorschaltung 11 angelegt. Wenn das Verfahren zum Detektieren der Einhüllenden des Ausgangssignals von der Verstärkerschaltung 10 aufgenommen wird, kann die Echowelle nicht detektiert werden. Es wird demzufolge bei der vorliegenden Ausführungsform die Verarbeitung, die in Fig. 4 veranschaulicht ist, zu dem Zweck ausgeführt, um die Echowelle von bzw. aus der Nachschwingung zu extrahieren, wodurch das Hindernis detektiert wird, wie dies durch (e) in Fig. 5 veranschaulicht ist.

Das in eine digitale Form durch den Analog-zu-Digital-Umsetzer (ADC) 13 umgesetzte Signal wird auf diese Weise der digitalen Signalverarbeitung (DSP) unterzogen, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Um nun auf Fig. 4 einzugehen, so speichert der Mikrocomputer 5 bei dem Schritt 100 den Amplitudenwert g(t) in einem Speicher, bis eine Periode von 5 ms vom Start der Aussendung einer Ultraschallwelle verstrichen ist. Diese Wellenform, die während einer Periode von 5 ms erzeugt wurde, ist durch (b) in Fig. 6 gezeigt. Dann verarbeitet der Mikrocomputer 5 den gespeicherten Amplitudenwert g(t), der während der Periode von 5 ms erzeugt wurde, um g'(t) zu erhalten, und zwar unter Verwendung einer Fensterfunktion, was bei dem Schritt 101 geschieht. Die resultierende Wellenform ist durch (c) in Fig. 6 angezeigt. Der Mikrocomputer 5 setzt die Wellenform in ein Frequenzspektrum G'(f) durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) bei dem Schritt 102 um. Die resultierende Wellenform ist durch (d) in Fig. 6 dargestellt.

Die Nachschwingfrequenz Frev ist die Resonanzfrequenz Fres, das heißt 43 kHz des Senders/Empfängers 1. Die Frequenz der Sendewelle und damit die Frequenz der empfangenen Welle beträgt 39 kHz. Wenn daher eine Echowelle von einem Hindernis auftritt, erscheint eine Komponente von 39 kHz.

Der Mikrocomputer 5 extrahiert die Komponente, die dicht bei 39 kHz liegt, das heißt die Sendefrequenz aus dem Frequenzspektrum G'(f), was bei dem Schritt 103 erfolgt. Ein Koeffizient, der für die Extraktion verwendet wird, ist durch eine Funktion H(f) angezeigt. Bei dem vorliegenden Beispiel wird eine Kosinuskurve verwendet, wie dies durch eine unterbrochene Linie in (d) von Fig. 6 dargestellt ist. Die extrahierte Wellenform ist durch (e) dargestellt.

Der Mikrocomputer 5 führt eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) bei dem Schritt 104 durch. Als ein Ergebnis erscheint eine Echowelle als eine Wellenform in der Zeitdomäne, wie durch (f) in Fig. 6 gezeigt ist. Der Mikrocomputer 5 mißt die Zeit Δt zwischen dem Moment, wenn die Sendung gestartet wird, und dem Moment, wenn der Pegel der Echowelle von dem Hindernis einen Schwellenwertpegel überschreitet. Er berechnet den Abstand L zu dem Hindernis bei dem Schritt 105, und zwar unter Verwendung der Gleichung, die gegeben ist als L = 0,5.Δt.V. Darin bedeutet V die Schallgeschwindigkeit. Der Mikrocomputer 5 informiert den Fahrer über den berechneten Abstand L zum Hindernis.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ultraschallwelle einer Frequenz, die von der natürlichen Frequenz des Sonarsystems verschieden ist, welches den Ultraschall-Oszillator und zugeordnete Schaltungselemente enthält, ausgesendet. Der in herkömmlicher Weise nicht detektierbare Bereich von beispielsweise 0 bis 25 cm kann eingeschränkt werden auf L = 0 bis ca. 10 cm.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform die FFT und die inverse FFT (IFFT) verwendet, kann die Wellenformverarbeitung alternativ dazu verwendet werden, um die Frequenz zu jedem Zeitpunkt zu detektieren. Ferner kann auch ein digitales Filter oder ein steiles Analogfilter verwendet werden.

Im Falle der Verwendung einer Wellenformverarbeitung (wavelet processing) kann die Frequenz zu jedem Zeitpunkt detektiert werden. Die Wellenform (a) in Fig. 7 zeigt die Eingangswellenform zum Mikrocomputer 5, wobei die ausgesendete Wellenform ausgeschlossen ist. Die Eingangsgröße besteht aus einer Kombination aus Nachschwingungs- und Empfangswellenform. Diese Eingangswellenform wird der Wellenformverarbeitung unterzogen, was dann zu dem Ergebnis führt, welches in Fig. 8 gezeigt ist. Die horizontale Achse des linken Abschnitts von Fig. 8 gibt die Zeit (t) an, während die vertikale Achse die Frequenz anzeigt. Dieser linke Abschnitt zeigt eine zweidimensionale Verteilung der Frequenz an. Solche Abschnitte, welche die gleiche Amplitude besitzen, sind durch eine Linie verbunden. Es kann ersehen werden, daß das Aussenden und der Empfang der Frequenzverteilung aus der Nachschwing- oder Abklingfrequenzverteilung diskriminiert werden kann.

Der rechte Abschnitt von Fig. 8 zeigt das Ergebnis der schnellen Fourier-Transformation (FFT) der Wellenform von Fig. 7. Die Berechnung von lediglich der Sendefrequenz führt zu einer Wellenform, die in Fig. 9 gezeigt ist, wo die Zeit Δt zwischen dem Moment, wenn die Aussendung startet, und dem Moment, wenn der Schwellenwertpegel überschritten wird, gemessen wurde. Der Abstand L zu dem Hindernis wird derart berechnet, daß der Abstand L zu dem Hindernis durch die Wellenformverarbeitung berechnet werden kann.

Die erste Ausführungsform besitzt somit die folgenden Merkmale.

  • a) Eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz, die von der Nachschwingfrequenz verschieden ist, wird von dem Ultraschall-Oszillator 20 ausgesendet. Dann wird eine Echowelle empfangen, deren analoges Signal durch den Ultraschall-Oszillator 20 empfangen wird und in ein digitales Signal umgesetzt wird. Das digitale Signal wird einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen, um lediglich die Sendefrequenzkomponente zu extrahieren. Im Falle der Fourier-Transformation wird eine Frequenztransformation durchgeführt und es wird dann lediglich die Sendefrequenzkomponente extrahiert. Dann wird eine inverse Transformation ausgeführt. Es kann somit ein sich in der Nähe befindendes Hindernis detektiert werden.
  • b) Der Abstand L zu einem Hindernis wird aus der Zeit Δt zwischen dem Moment, wenn die Sendung gestartet wird, und dem Moment, wenn der Pegel der Echowelle von dem Hindernis einen Schwellenwertpegel überschreitet, berechnet.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform ist derart konstruiert, um ein Hindernis in einem Abstand von weniger als etwa 10 cm zu detektieren, während die erste Ausführungsform so konstruiert ist, um ein Hindernis in einem Abstand von beispielsweise 10 cm bis 25 cm zu detektieren.

Bei dieser Ausführungsform, die in Fig. 11 dargestellt ist, ist das Ultraschall- Sonarsystem von der ersten Ausführungsform hinsichtlich seines Sendesystems 3 und der Schalterschaltung 2 unterschiedlich. Das Sendesystem 3 besitzt zwei Oszillatorschaltungen (OSCs) 8a und 8b, die Sendesignale mit unterschiedlichen Frequenzen f1 bzw. f2 erzeugen. Insbesondere erzeugt die Oszillatorschaltung 8a ein Signal von 39 kHz (= f1). Die Oszillatorschaltung 8b erzeugt ein Signal von 35 kHz (= f2). Die Oszillatorschaltung 8a ist mit dem Sender/Empfänger 1 über einen Schalter SW1a verbunden, während die Oszillatorschaltung 8b mit einem Sender/Empfänger 1 über einen Schalter SW1b verbunden ist. Diese Schalter SW1a und SW1b werden durch den Mikrocomputer 5 geöffnet und geschlossen. Der Mikrocomputer 5 empfängt das Ausgangssignal von dem Empfangssystem 4, setzt das analoge Signal in ein digitales Signal um und führt eine Frequenzanalyse durch eine Wellenformverarbeitung durch, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist.

Die Sendefrequenz wird zwischen den Frequenzen f1 und f2 umgeschaltet. Die Frequenzanalyse wird durch die Wellenformanalyse gemäß FFT oder IFFT durchgeführt. Jedoch unterscheidet sich die empfangene Wellenform, die nach der Trennung von der Nachschwingung erhalten wurde, gemäß einer Modifikation der Sendefrequenz. (f) in Fig. 13 zeigt die empfangene Wellenform, die nach der Trennung der Nachschwingfrequenz (= 43 kHz) erhalten wurde, wenn die Sendefrequenz f1 bei 39 kHz lag. (g) in Fig. 13 zeigt eine Wellenform, die dann erhalten wird, wenn die Sendefrequenz von f1 zu f2 (= 35 kHz) geändert wird. Das heißt die Sendefrequenz f2 (= 35 kHz) ist von der Nachschwingfrequenz (= 43 kHz) mehr differenziert als die Sendefrequenz f1 (= 39 kHz).

Die Messungen der Abstände unter Verwendung der Sendefrequenzen f1 und f2 führen zu den folgenden Vorteilen und Nachteilen. Die Verwendung der Sendefrequenz f1 (= 39 kHz) näher an der natürlichen Frequenz (Nachschwing- oder Abklingfrequenz) ist vom Gesichtspunkt einer Resonanz aus wünschenswert. Das heißt der Pegel der Echowelle kann erhöht werden. Die Verwendung der zweiten Frequenz f2 (= 35 kHz) mehr differenziert von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz ist vom Gesichtspunkt der Trennung der Frequenzkomponente, die zu extrahieren ist, wünschenswert. Das heißt, wenn die Sendefrequenz auf f1 (= 39 kHz) eingestellt wird, wie dies durch (f) dargestellt ist, ist der Nachschwing- oder Abklingwert hoch, und zwar bei kurzen Abständen. Es ist daher bei einem ziemlich kurzen Abstand von weniger als 10 cm schwierig, die Nachschwingung von der empfangenen Welle zu diskriminieren. Diese empfangene Welle erscheint nicht als ein Ausgangssignal. In der Konsequenz beginnt das Ausgangssignal bei einem Abstand von ca. 10 cm zu erscheinen. Der Schwellenwertpegel wird nach Zeiten von Δt1 und Δt2 überschritten. Dort, wo die Sendefrequenz von f1 nach f2 umgeschaltet wird, wie dies gemäß (g) dargestellt ist, und dort, wo der Unterschied zur Nachschwingfrequenz erhöht ist, ist es einfacher, die Echowelle zu separieren. Jedoch nimmt der Druck der Schallwelle, die ausgesendet wird, ab. Daher nimmt die Spannung der reflektierten Welle ab. Hindernisse in größeren Abständen können nicht detektiert werden, jedoch können Hindernisse in der Nähe detektiert werden. Es erscheint daher eine Welle, die den Schwellenwertpegel überschreitet, nach Zeiten von Δt0 und Δt1.

Um nun auf Fig. 12 einzugehen, so führt der Mikrocomputer 5 eine Wellenform- Transformation, FFT oder IFFT, an der Sendefrequenz f1 durch, um die Sendefrequenz (Empfangsfrequenz) bei dem Schritt 200 zu extrahieren. Die Frequenzkomponente vor der Extraktion der Sendefrequenz (Empfangsfrequenz) ist gemäß (a) in Fig. 14 dargestellt. Diese ändert sich in die Form gemäß (b) in Fig. 14. Dann vergleicht der Mikrocomputer 5 diese mit dem Schwellenwertpegel, wie dies gemäß (f) in Fig. 13 dargestellt ist, und bestimmt bei dem Schritt 201, ob eine Vielzahl an Zeiten Δt vorhanden ist, das heißt, ob eine Vielzahl an Echowellen, die über dem Schwellenwertpegel liegen, empfangen werden. Wenn beispielsweise Δt1 und Δt2, wie dies gemäß (f) in Fig. 13 gezeigt ist, vorhanden sind, schätzt der Mikrocomputer 5, daß ein Hindernis vorhanden ist und auch daß eine Möglichkeit besteht, daß die Ultraschallwelle eine Vielzahl von Malen zwischen dem Sender/Empfänger 1 und dem Hindernis reflektiert wurde.

Ferner führt der Mikrocomputer 5 bei dem Schritt 202 eine Kurz-Abstandsbereichs-Detektion durch, indem er die Sendefrequenz auf f2 einstellt, um zu überprüfen, ob ein Hindernis in unmittelbarer Nähe oder Nachbarschaft vorhanden ist (weniger als 10 cm). Insbesondere wird eine Wellenform-Transformation (Frequenzanalyse) bei der Sendefrequenz f2 durchgeführt. Die vor der Extraktion der Sendefrequenz (Empfangsfrequenz) erhaltene Frequenzkomponente ist durch (c) in Fig. 14 dargestellt. Diese ändert sich in die Form, die durch (d) in Fig. 14 gezeigt ist. Der Mikrocomputer 5 vergleicht den erhaltenen Wert mit dem Schwellenwertpegel, wie dies durch (g) in Fig. 13 dargestellt ist, und bestimmt bei dem Schritt 203, ob Δt0 kleiner ist als Δt1. Wenn kein Δt0 vorhanden ist, bestimmt der Mikrocomputer 5, daß kein Hindernis in der Nähe vorhanden ist und er berechnet den Abstand L aus Δt1 bei dem Schritt 205. Wenn ein 40 vorhanden ist, so bestimmt der Mikrocomputer 5, daß ein Hindernis in der Nähe vorhanden ist und er berechnet den Abstand L aus Δt0, was bei dem Schritt 204 erfolgt.

Wenn der Mikrocomputer bestimmt, daß ein Hindernis in einem Abstand von 10 bis 50 cm vorhanden ist, das heißt es erscheint eine empfangene Wellenform nach der Zeit entsprechend den 10 bis 50 cm, so wird die Sendefrequenz auf die Frequenz geschaltet, die stärker von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz differenziert ist. Auf diese Weise kann eine Detektion eines Hindernisses in einem ziemlich kurzen Abstand von weniger als 10 cm durchgeführt werden.

Die zweite Ausführungsform besitzt die folgenden Merkmale.

Es wird ein Hindernis mit Hilfe einer ersten Sendefrequenz f1 detektiert. Wenn innerhalb des ersten kurzen Abstandes ein Hindernis detektiert wird, wird die Sendefrequenz auf die zweite Frequenz f2 geschaltet, die stärker von der Nachschwingfrequenz differenziert ist, und es kann die Echowelle in einfacher Weise abgetrennt werden, so daß eine exakte Detektion eines Hindernisses ermöglicht wird.

Dritte Ausführungsform

Die dritte Ausführungsform ist derart konstruiert, um in präziser Weise die Empfangsfrequenz von der Nachschwingung im Hinblick auf die folgenden Gründe zu trennen. Das heißt einzelne im Handel erhältliche Produkte, die als Sonarsysteme verfügbar sind, unterscheiden sich in der Abklingfrequenz auf Grund von Variationen in der Resonanzfrequenz des Senders/Empfängers selbst, auf Grund von Variationen in der elektrischen Schaltung, die dem Sender/Empfänger zugeordnet ist und auf Grund der angefügten Meßlehren (jigs). Daher kann die Nachschwing- oder Abklingfrequenz nicht von der Empfangsfrequenz in präziser Weise abgetrennt werden. Wenn die Sendefrequenz stark von der Nachschwingfrequenz differenziert ist (der Resonanzfrequenz), tritt eine stärkere Abweichung vom Resonanzpunkt auf. Dies macht dann den Sender- /Empfängersensor unbrauchbar.

Bei der dritten Ausführungsform, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, ist der Mikrocomputer 5 mit einem nichtflüchtigen Speicher 5a ausgestattet, um darin die Sendefrequenz zu speichern, die von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz verschieden ist. Ein Ultraschall-Oszillator, der die Fähigkeit hat, die Sendefrequenz einzustellen, kann bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Spezifischer gesagt, kann die Frequenz des Signals, welches zu dem Sender/Empfänger 1 von der Oszillatorschaltung 8 gesendet wird, eingestellt werden.

Der Mikrocomputer 5 ist derart programmiert, um eine Signalverarbeitung so, wie in Fig. 16 dargestellt ist, durchzuführen, wenn der Sender/Empfänger (Ultraschallsensor) 1 an einem Fahrzeug montiert wird, und zwar an Fahrzeugherstellungs- oder Sonarinstallationsorten. Wenn ein Hindernis so platziert ist, daß es dem Sender/Empfänger 1 gegenüber liegt, veranlaßt der Mikrocomputer 5 den Sender/Empfänger 1, eine Ultraschallwelle von 40 kHz einer ziemlich kurzen Zeit von beispielsweise 250 µsec auszusenden, was bei dem Schritt 300 erfolgt. Der Mikrocomputer 5 schaltet den Betriebsmodus von Senden auf Empfangen, was bei dem Schritt 301 erfolgt. Dann veranlaßt der Mikrocomputer 5 den Sender/Empfänger 1, eine Ultraschallwelle (Echowelle) zu empfangen, die von dem Hindernis reflektiert wurde, was bei dem Schritt 302 erfolgt.

Der Mikrocomputer 5 setzt das analoge Ausgangssignal aus dem Sender/Empfänger 1 bei dem Schritt 303 in ein digitales Signal um und führte eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) durch, um das Signal von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne bei dem Schritt 304 umzusetzen. Der Mikrocomputer 5 bestimmt bei dem Schritt 305, ob die Nachschwingfrequenzkomponente (Spitze) anders als die Echokomponente (Sendefrequenzkomponente) gefunden werden kann, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Wenn dies der Fall ist, stellt der Mikrocomputer 5 die Sendefrequenz bei dem Schritt 306 ein. Wenn andererseits die Sendefrequenz und die Nachschwing- oder Abklingfrequenz dicht beieinander liegen und irgendeine Spitze anders als die Sendefrequenzkomponente nicht detektiert werden kann, das heißt die Nachschwing- oder Abklingfrequenz nicht gefunden werden kann, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist, so führt der Mikrocomputer 5 den Schritt 307 aus, bei dem die Sendefrequenz um 1 kHz als Beispiel verändert wird. Dann werden die Schritte 300-305 erneut ausgeführt. Wenn die Sendefrequenz bei dem Schritt 306 bestimmt wird, speichert der Mikrocomputer 5 die bestimmte Sendefrequenz in dem nichtflüchtigen Speicher 5a, was bei dem Schritt 308 erfolgt.

Nach der Versendung von dem Herstellung- oder Installationsort führt der Mikrocomputer 5 eine Verarbeitung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform durch, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Spezifisch gesagt, veranlaßt der Mikrocomputer 5 den Sender/Empfänger 1, eine Ultraschallwelle mit der Sendefrequenz, die in dem nichtflüchtigen Speicher 5a gespeichert ist, auszusenden. Es wird dann eine Ultraschallwelle, welche die Frequenz besitzt, die in dem nichtflüchtigen Speicher 5a gespeichert ist, ausgesendet. Lediglich die Echokomponente von einem Hindernis wird extrahiert. Das Signal wird von der Frequenzdomäne zu der Zeitdomäne transformiert (inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT)). Der Abstand zum Hindernis wird anhand des Zeitpunktes gemessen, zu dem der bestimmte Schwellenwertpegel überschritten wird. Das Sonarsystem warnt dann den Fahrer hinsichtlich des Abstandes zu dem Hindernis.

Die dritte Ausführungsform hat die folgenden Merkmale.

  • a) Das Sonarsystem ist mit dem Speicher 5a ausgerüstet, der eine Sendefrequenz speichert, die von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz verschieden ist. Eine Ultraschallwelle mit der Sendefrequenz, die in dem Speicher 5a abgespeichert ist, wird von dem Ultraschall-Oszillator ausgesendet. Das heißt die Nachschwing- oder Abklingfrequenz wird in einzigartiger Weise für jedes einzelne Sonarsystem bestimmt. Um Schwankungen unter den einzelnen im Handel erhältlichen Produkten zu beseitigen, nachdem das Sonarsystem an einer gewünschten Stelle installiert worden ist, wird die Sendefrequenz gemessen und wird in dem nichtflüchtigen Speicher 5a gespeichert. Dies beseitigt in präziser Weise die Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwingung.
  • b) Die in dem Speicher 5a gespeicherte Sendefrequenz wird gemäß der Nachschwing- oder Abklingfrequenz eingestellt.
  • c) Als ein Verfahren zum Aussenden einer Ultraschallwelle von dem Ultraschall-Sonarsystem wird die Sendefrequenz bestimmt und wird für jedes Fahrzeug in dem Speicher 5a abgelegt. Daher ist das Sonarsystem relativ wenig empfänglich für Schwankungen in der Nachschwingung oder Abklingschwingung bei den individuellen im Handel als Sonarsysteme erhältlichen Produkten.

Vierte Ausführungsform

Auch bei der vierten Ausführungsform wird die Frequenzdomäne der Sende- (Empfangs-)Frequenzkomponente durch die Frequenzanalyse (FFT) extrahiert, um die Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwingung wie bei der ersten Ausführungsform zu beseitigen. Wenn all die Daten von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne umgesetzt worden sind, ist die Wirkung der Nachschwing- oder Abklingkomponente groß und es kann die Bestimmung der in korrekter Weise empfangenen Welle behindert werden. Aus diesem Grund ist die vorliegende Ausführungsform so konstruiert, um dies zu vermeiden.

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird ein Schalter 50 zwischen der Verstärkerschaltung 10 und der Einhüllende-Detektorschaltung 12 zwischengefügt. Dieser Schalter 50 kann aus einem Transistor als Beispiel bestehen und wird durch den Mikrocomputer 5 geöffnet und geschlossen. Fig. 12 ist ein Zeitplan, der eine Ausgangswellenform (Ausgangssignal aus dem Sender/Empfänger 1) der Verstärkerschaltung 10 zeigt, die in Fig. 19 gezeigt ist, als auch den Zustand (EIN oder AUS) des Schalters 50 zeigt.

Während der Aussendung eines Ultraschallsignals öffnet der Mikrocomputer 5 den Schalter 50. Wenn eine Maskierperiode verstrichen ist, schließt der Mikrocomputer 5 den Schalter 50, um das Empfangssignal anzunehmen. Das heißt der Schalter 50 wird lediglich während einer Periode geschlossen, die der erforderlichen Detektionszone (10 cm-50 cm) entspricht. Andere Zonen werden ausgeschlossen. Die Nachschwingung wird unmittelbar nach dem Anhalten der Aussendung erzeugt. Während eines ziemlich kurzen Intervalls entsprechend 0 bis 10 cm nach dem Anhalten der Sendung wird die Messung nicht durchgeführt. Daher wird dieser Zeitintervall vor der Umsetzung von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne beseitigt.

Als ein Ergebnis wird eine Analog-zu-Digital-Umsetzung durchgeführt und es wird die FFT lediglich dann durchgeführt, wenn der Schalter 50 geschlossen ist, wie in Fig. 21 dargestellt ist. Die Ergebnisse der FFT sind in Fig. 22 gezeigt. Die Nachschwing- oder Abklingfrequenzkomponente wird beseitigt und es wird lediglich die Sendefrequenzkomponente extrahiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 23 gezeigt. Die erhaltenen Daten werden der Invers-FFT unterzogen, was dann zu einer Wellenform führt, die in Fig. 24 gezeigt ist. Als Konsequenz kann eine Echowelle von einem Hindernis in korrekter Weise extrahiert werden. Es ist somit lediglich erforderlich, eine Digitalisierung lediglich innerhalb des erforderlichen Detektionsbereiches auszuführen. Somit kann die Digitalsignalverarbeitungsbelastung des Mikrocomputers 5 reduziert werden. Anstatt der Zeitfrequenz-Transformation unter Verwendung der FFT können auch Wellenformprozeduren (wavelet procedures) ebenfalls verwendet werden.

Die vierte Ausführungsform hat die folgenden Merkmale.

  • a) Der Ultraschall-Oszillator ist so konstruiert, um das empfangene Signal von dem Ende der Aussendung einer Ultraschallwelle in dem Moment abzuweisen, wenn eine reflektierte Ultraschallwelle von einer Detektionszone ankommt, in der ein Hindernis, welches detektiert werden soll, existiert. Wenn daher das Signal von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne umgesetzt wird, fällt die Nachschwing- oder Abklingfrequenzkomponente relativ ab. Demzufolge kann das Sonarsystem immuner gegenüber den Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwingung gemacht werden.
  • b) Bevor das empfangene Signal von der analogen Form in die digitale Form umgesetzt wird, weist der Ultraschall-Oszillator das empfangene Signal zurück.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie kann in vielen anderen Formen implementiert werden, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Ultraschall-Sonarsystem zum Detektieren eines Hindernisses, mit:

    einem Ultraschall-Oszillator (20) zum Aussenden einer Ultraschallwelle und zum Empfangen einer Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wurde, wobei der Ultraschall-Oszillator eine Nachschwing- oder Abklingschwingungsfrequenz erzeugt; und

    einer Verarbeitungseinrichtung (5), um den Ultraschall-Oszillator zu veranlassen, die Ultraschallwelle bei einer Sendefrequenz auszusenden, die von der Nachschwingungsfrequenz verschieden ist und um ein analoges Signal, welches durch den Ultraschall-Oszillator empfangen wurde, in ein digitales Signal beim Detektieren des Hindernisses umzusetzen,

    einer Speichereinrichtung (in 100) zum Speichern des gewonnenen digitalen Signals, wobei die Verarbeitungseinrichtung (5) lediglich eine Komponente der Sendefrequenz dadurch extrahiert indem sie das gespeicherte digitale Signal einer digitalen Frequenzanalyse unterzieht, und bei dem die Verarbeitungseinrichtung (5) einen Abstand zu dem Hindernis aus einer Zeitperiode zwischen einem Start der Aussendung der Ultraschallwelle und einem Moment, wenn der Pegel der Ultraschallwelle der Sendefrequenz, die durch die digitale Signalverarbeitung extrahiert wurde, einen Schwellenwertpegel überschreitet, berechnet.
  2. 2. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (5) dafür ausgebildet ist, um den Abstand zu dem Hindernis durch Anwenden einer schnellen Fourier-Transformation und einer inversen Fourier-Transformation zu berechnen.
  3. 3. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1, bei dem die Sendefrequenz von einer ersten Sendefrequenz (f1) auf eine zweite Sendefrequenz (f2) umgeschaltet wird, die stärker von der Nachschwingungsfrequenz differenziert ist als die erste Sendefrequenz, wenn das Vorhandensein eines Hindernisses innerhalb eines vorbestimmten Abstandes bei Verwendung der ersten Sendefrequenz detektiert wird.
  4. 4. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1, ferner mit

    einem Speicher (5a) zum Speichern einer Sendefrequenz, die von der Nachschwingungsfrequenz verschieden ist,

    bei dem die Ultraschallwelle von dem Ultraschall-Oszillator auf der Sendefrequenz ausgesendet wird, die in dem Speicher gespeichert ist.
  5. 5. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 4, bei dem die in dem Speicher gespeicherte Sendefrequenz entsprechend der Nachschwingungsfrequenz eingestellt ist.
  6. 6. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1, bei dem das durch den Ultraschall-Oszillator empfangene Signal während einer Periode zwischen dem Ende der Aussendung der Ultraschallwelle und der Ankunft der Ultraschallwelle, die innerhalb einer vorbestimmten Zone reflektiert wurde, abgewiesen wird.
  7. 7. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 6, bei dem das Signal, welches durch den Ultraschall-Oszillator während der Periode empfangen wird, abgewiesen wird, bevor das Signal von der analogen Form in die digitale Form umgesetzt wird.
  8. 8. Verfahren zum Aussenden einer Ultraschallwelle von einem Ultraschall-Oszillator (20), der in einem Ultraschall-Sonarsystem enthalten ist, und um über den Ultraschall-Oszillator eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Hindernis reflektiert wurde, um ein Hindernis zu detektieren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

    Aussenden einer Ultraschallwelle mit einer gegebenen Frequenz durch den Ultraschall-Oszillator (300);

    Berechnen (304) einer Nachschwingungsfrequenz;

    Einstellen (306) einer Sendefrequenz auf eine Frequenz, die von der berechneten Frequenz der Abklingschwingung oder Nachschwingung verschieden ist und Speichern der eingestellten Sendefrequenz in einem Speicher (5a);

    Bewirken, daß der Ultraschall-Oszillator die Ultraschallwelle mit der Frequenz aussendet, die in dem Speicher gespeichert ist;

    Umsetzen eines vom Ultraschalloszillator (300) empfangenen analogen Signals in ein digitales Signal;

    Speichern des digitalen Signals in einem Speicher (in 100); und

    Berechnen eines Abstandes zu einem Hindernis, an dem die Ultraschallwelle reflektiert wurde, basierend auf dem digitalen Signal unter Anwendung einer schnellen Fourier-Transformation und einer inversen Fourier-Transformation.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei dem Berechnungsschritt lediglich eine Komponente der Signalfrequenz extrahiert wird und die extrahierte Komponente zur Berechnung des Abstandes verwendet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com