Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche zum Aussenden eines Ultraschallsignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder zum Empfangen eines Echosignals des Ultraschallsignals ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.

Ultraschallsensoren an Kraftfahrzeugen sind insbesondere zur Distanzmessung von Objekten ausgebildet. Bei Ultraschallsensoren findet insbesondere eine elektro- akustische Energiewandlung statt. Unabhängig vom physikalischen Prinzip dieser Energiewandlung, das unter anderem mechanisch-induktiver, mechanisch-kapazitiver, mechanisch-restriktiver, magnetisch-restriktiver oder elektrostriktiver Natur sein kann, besteht bei jedem energiewandelnden Element die Möglichkeit, intern oder extern induzierten Veränderungen ausgesetzt zu sein, die je nach Stärke zu einer Verfälschung des Messergebnisses oder einem kompletten Sensor-Ausfall führen können. Im Stand der Technik wird ein solcher Sensor-Ausfall meist durch Plausibilitätsüberprüfungen von dem sensorbetriebenen System festgestellt. Sensor-Veränderungen dagegen werden nicht detektiert.

Die DE 10 2014 1 15 000 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer

Ultraschallsensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in einem Messbetrieb zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ein Wandler eines Ultraschallsensors zum Aussenden eines Ultraschallsignals mittels einer Sendestufe mit einem Sendesignal angeregt wird. Mittels einer Empfangsstufe wird anhand eines von dem Wandler erzeugten Signals ein Messsignal bereitgestellt.

Während des Messbetriebs wird mittels einer Diagnoseeinrichtung eine

Funktionsfähigkeit der Ultraschallsensorvorrichtung anhand des Sendesignals und/oder des Messsignals überprüft. Im Stand der Technik wird anhand des ausgesendeten Ultraschallsignals und des empfangenen Echosignals auf die Funktionsfähigkeit des Ultraschallsensors geschlossen. Nachteilig hierbei ist, dass insbesondere das

Ultraschallsignal und das Echosignal von Umwelteinflüssen abhängig sind, sodass eine genaue Diagnose des Ultraschallsensors auf Basis des ausgesendeten Ultraschallsignals und des empfangenen Echosignals mit Fehlern behaftet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine

Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, mittels welchem beziehungsweise mittels welcher zumindest ein Funktionszustand des Ultraschallsensors besser bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Ultraschallsensors einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche zum Aussenden eines Ultraschallsignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder zum Empfangen eines Echosignals des Ultraschallsignals ausgebildet ist.

Dazu wird ein elektrisches Prüfsignal erzeugt, welches an den Ultraschallsensor angelegt wird, wobei zumindest eine durch das elektrische Prüfsignal beeinflusste elektrische Kenngröße des Ultraschallsensors ausgewertet wird. Abhängig von dieser Auswertung wird eine Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmt, die mit einer Referenz- Übertragungsfunktion verglichen wird. Abhängig von dem Vergleich wird der

Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt. Die Referenz-Übertragungsfunktion charakterisiert einen Referenz-Funktionszustand.

Insbesondere kann dadurch der Funktionszustand des Ultraschallsensors direkt und somit nicht, durch beispielsweise Umwelteinflüsse verfälscht, bestimmt werden.

Insbesondere ist es dadurch möglich, eine genauere Bestimmung des Funktionszustands des Ultraschallsensors durchzuführen, so dass der Ultraschallsensor nicht nur auf Ausfall beziehungsweise Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann, sondern auch weitere Funktionszustände wie beispielsweise ein Verschmutzungsgrad beziehungsweise ein Vereisungsgrad des Ultraschallsensors bestimmt werden kann.

Die Bestimmung des Funktionszustands wird somit sensorintern durchgeführt, was auch bedeutet, dass für diese Funktionsprüfung kein Aussenden eines Ultraschallsignals des zu prüfenden Ultraschallsensors mehr erfolgen muss und auch kein auszuwertendes Echosignal empfangen werden muss.

Die Ultraschallsensor-Übertragungsfunktion beschreibt insbesondere die mathematische Beziehung zwischen dem Ein-und dem Ausgangssignal des Ultraschallsensors. Insbesondere werden somit die elektro-mechanischen Eigenschaften des

Ultraschallsensors beschrieben. Mittels der Übertragungsfunktion kann für ein beliebiges Eingangssignal das entsprechende Ausgangssignal, das heißt die Reaktion des

Ultraschallsensors auf das Ausgangssignal, bestimmt werden. Da insbesondere die Ultraschallsensoren im Resonanzbetrieb betrieben werden, ist die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bei der Resonanzfrequenz von besonderer Bedeutung.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für die Ultraschallsensorvorrichtung ein Funktionszustandsbestimmungsmodell bereitgestellt wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nach einer Bestimmung eines

Funktionszustands eine entsprechende Maßnahme durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei einem Defekt des Ultraschallsensors ein Warnhinweis erzeugt werden, so dass eine Person im Kraftfahrzeug darauf hingewiesen wird, dass der Ultraschallsensor zumindest in seiner Funktionalität eingeschränkt ist. Ebenfalls möglich ist, dass bei einer erkannten Vereisung des Ultraschallsensors beispielsweise ein Heizelement des

Ultraschallsensors angesteuert wird, um die Vereisung zu entfernen. Sollte,

beispielsweise aufgrund von Alterung einer Keramik eines Piezo-Ultraschallwandlers, nicht mehr der erforderliche Schalldruck bei einer bestimmten Leistung erbracht werden können, so kann durch eine Steuerungseinrichtung des Ultraschallwandlers

beispielsweise die Leistung entsprechend erhöht werden, so dass ein zuverlässiger Weiterbetrieb des Ultraschallsensors dennoch realisiert werden kann.

Insbesondere kann in einem ersten Betriebszustand des Ultraschallsensors zumindest ein Ultraschallsignal ausgesendet und ein Echosignal empfangen werden und in einem vom ersten Betriebszustand unterschiedlichen zweiten Betriebszustand des

Ultraschallsensors eine Selbst-Diagnose des Ultraschallsensors durch Anlegen des elektrischen Prüfsignals durchgeführt wird. Somit wird in dem ersten Betriebszustand, quasi dem Normalbetrieb, wie üblich ein Ultraschallsignal ausgesendet und ein entsprechendes von einem Objekt reflektiertes Echosignal empfangen. Hierzu kann insbesondere ein Anregungssignal, durch das dann das ausgesendetes Ultraschallsignal erzeugt wird, an den Piezo des Ultraschallwandlers bzw. die elektronischen Schaltung des Piezos (insbesondere Koppelnetzwerk des Piezos) angelegt werden. Der zweite Betriebszustand kann auch als Diagnosebetrieb bezeichnet werden. Im zweiten

Betriebszustand wird dann eine Selbst-Diagnose des Ultraschallsensors durchgeführt ohne ein Ultraschallsignal in die Umgebung des Kraftfahrzeugs zu senden (im Gegensatz zum ersten Betriebszustand). Mit anderen Worten erfordert die Selbst-Diagnose kein Aussenden von Schall.

Insbesondere kann das Prüfsignal sich von einem Anregungssignal, durch das ein ausgesendetes Ultraschallsignal erzeugt wird, unterscheiden. Vor allem kann das Prüfsignal des zweiten Betriebszustands sich von dem Anregungssignal, durch das das ausgesendete Ultraschallsignal des ersten Betriebszustands erzeugt wird, unterscheiden. Somit unterscheidet sich das Prüfsignal des Diagnosebetriebs vom Anregungssignal des ausgendeten Ultraschallsignals im Normalbetrieb wesentlich in seinen

Signaleigenschaften.

In einer Ausgestaltung kann eine Amplitude des Prüfsignals kleiner sein als eine

Amplitude des Anregungssignals. Vor allem kann die Amplitude des Prüfsignals des zweiten Betriebszustands kleiner sein als die Amplitude des Anregungssignals, durch das das ausgesendete Ultraschallsignal des ersten Betriebszustands erzeugt wird.

Beispielsweise kann die Amplitude des Prüfsignals um einen Faktor von mindestens 2 (d.h. mindestens die Hälfte) kleiner sein als die Amplitude des Anregungssignals, insbesondere um einen Faktor von mindestens 5 kleiner, insbesondere um einen Faktor von mindestens 10 kleiner.

In einer alternativen oder kumulativen Ausführungsform kann eine Bandbreite des Prüfsignals größer ist als eine Bandbreite des Anregungssignals. Vor allem kann die Bandbreite des Prüfsignals des zweiten Betriebszustands größer sein als die Bandbreite des Anregungssignals, durch das das ausgesendete Ultraschallsignal des ersten

Betriebszustands erzeugt wird. Zum Beispiel kann die Bandbreite des Prüfsignals zwischen 10 und 50 kHz sein, insbesondere zwischen 15 und 25 kHz, und/oder die Bandbreite des Anregungssignals kann zwischen 2 und 20 KHz, insbesondere zwischen 5 und 10 kHz sein. Somit kann die Bandbreite des Prüfsignals beispielsweise um einen Faktor von mindestens 2 größer sein (d.h. mindestens doppelt so groß) als die

Bandbreite des Anregungssignals.

In einer alternativen oder kumulativen Ausführungsform enthält ein Frequenzband des Prüfsignals die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors, insbesondere kann das Frequenzband des Prüfsignals symmetrisch um die Resonanzfrequenz liegen. Alternativ oder kumulativ kann ein Frequenzband des Anregungssignals die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors nicht enthalten bzw. neben der Resonanzfrequenz liegen,

insbesondere kann das Frequenzband des Anregungssignals asymmetrisch zur

Resonanzfrequenz liegen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Prüfsignal als harmonisches Signal oder als Sprungsignal oder als Impulssignal von einer Steuerungseinrichtung erzeugt werden. Bei dem harmonischen Signal handelt es sich um eine Schwingung, deren Verlauf durch eine Sinus-Funktion beschrieben werden kann. Somit wird der Ultraschallsensor mit einem elektrischen Prüfsignal angeregt, welches einer

Sinusfunktion entsprechen kann. Insbesondere kann die Frequenz über die Zeit im relevanten Bereich variiert werden. Bei dem Sprungsignal handelt es sich um eine weitere Möglichkeit, den Ultraschallsensor auf seinen Funktionszustand zu überprüfen. Es wird an einem Eingang einer elektronischen Schaltung des Ultraschallsensors (insbesondere einer elektronischen Schaltung des Piezos, z.B. einem Koppelnetzwerk des Piezos) eine Sprungfunktion angelegt, welche dann am Ausgang des Ultraschallsensors ebenfalls eine Veränderung der Spannung zur Folge hat. Der zeitliche Verlauf dieser Spannung ist auch als Sprungantwort bezeichnet. In Abhängigkeit von der Sprungfunktion kann auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors geschlossen werden. Ebenfalls möglich ist, dass ein Impulssignal als Prüfsignal von der Steuerungseinrichtung erzeugt wird. Beim Impulssignal wird der Ultraschallsensor elektrisch angeregt und das

Schwingungsverhalten des Ultraschallsensors elektrisch beobachtet und anhand des Schwingungsverhaltens können Rückschlüsse auf den Funktionszustand des

Ultraschallsensors bestimmt werden. Durch die Anregung des Ultraschallsensors mit einem harmonischen Signal oder mit einem Sprungsignal oder mit einem Impulssignal als Prüfsignal kann somit auf einfache Art und Weise direkt eine Selbst-Diagnose des Ultraschallsensors durchgeführt werden ohne ein Ultraschallsignal in die Umgebung des Kraftfahrzeugs zu senden.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Übertragungsfunktion abhängig von einem Impedanzfrequenzgang bestimmt wird. Insbesondere handelt es sich bei dem Impedanzfrequenzgang um den Eingangs-Impedanzfrequenzgang des elektro- mechanischen Ultraschallsensors. Dies hat den Vorteil, dass sehr einfach die

Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmt werden kann, da insbesondere entweder die elektrische Spannung oder der elektrische Strom eine bekannte Beziehung zu den mechanischen Größen des Ultraschallsensors aufweisen. Somit lässt sich mit der Veränderung nur eines Parameters innerhalb des Ultraschallsensors der Impedanz- Frequenzgang bestimmen, wodurch dann wiederum die Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmt werden kann.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der Impedanzfrequenzgang in Abhängigkeit von einem eingeprägten Strom als elektrisches Prüfsignal, einer davon abhängigen gemessenen Spannung als elektrische Kenngröße und eines als elektrische Kenngröße ausgebildeten Phasenwinkels des eingeprägten Stroms zur gemessenen Spannung bestimmt wird. Mittels dieser Ausgestaltungsform lässt sich mit hoher Genauigkeit die Strom-Spannungs- Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmen.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der Impedanzfrequenzgang in Abhängigkeit von einer eingeprägten Spannung als elektrisches Prüfsignal, einem davon abhängigen gemessenen Strom als elektrische Kenngröße und eines als elektrische Kenngröße ausgebildeten Phasenwinkels der eingeprägten Spannung zum gemessenen Strom bestimmt wird. Mittels dieser Ausgestaltungsform lässt sich mit hoher Genauigkeit die Spannungs-Strom Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Übertragungsfunktion bei der Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors bestimmt werden. Da

Ultraschallsensoren insbesondere als Ultraschallsensoren mit Biegewandler auf Piezo- Basis ausgebildet sind, weisen diese insbesondere im Resonanzbetrieb die größte Effizienz auf, sodass der Ultraschallsensor insbesondere im Resonanzbetrieb betrieben wird. Insbesondere kann dann bei der Bestimmung der Übertragungsfunktion im

Resonanzbetrieb, sprich bei der Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors, der

Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden. Dadurch muss nicht für jede Frequenz eine jeweilige Übertragungsfunktion des Ultraschallsensors bestimmt werden, sondern die Bestimmung findet bei der Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors statt, wodurch insbesondere Rechenleistung der Steuerungseinrichtung eingespart werden kann.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Mehrzahl von

Übertragungsfunktionen bei einer Mehrzahl von Schallfrequenzen bestimmt wird, wobei die Mehrzahl von Schallfrequenzen in einem Frequenzband zwischen einem +/- Af um die Resonanzfrequenz f _res erzeugt werden. Da jeder Ultraschallsensor aufgrund seiner Bauart eine unterschiedliche Resonanzfrequenz besitzt, kann somit insbesondere in einem Frequenzband um die Resonanzfrequenz f _res eines Referenzultraschallsensors herum die jeweilige Übertragungsfunktion bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Referenzultraschallsensor eine Resonanzfrequenz f _res von 45 kHz aufweisen. Aus herstellungsbedingten Toleranzen kann die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors jedoch um +/-Af schwanken. Beispielsweise kann ein Frequenzband von +/- 5 kHz, sprich von 40 kHz bis 50 kHz, um die Resonanzfrequenz f _res von 45 kHzerzeugt werden, in welchem die Übertragungsfunktion bestimmt wird. Das Af kann insbesondere den Herstellungstoleranzen des Ultraschallsensors entsprechen. Somit kann besonders zuverlässig und ultraschallsensorspezifisch die Übertragungsfunktion bestimmt werden und dadurch auf den Funktionszustand des spezifischen Ultraschallsensors

Rückschlüsse gezogen werden. Des Weiteren können Frequenzen, die außerhalb des Frequenzbands liegen unberücksichtigt bleiben, so dass ebenfalls Rechenleistung eingespart werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann ein elektrisches Modell beziehungsweise ein Ersatzschaltbild des Ultraschallsensors mit einer Mehrzahl von elektrischen Bauelementen erzeugt werden, wobei das elektrische Modell den

mechanischen Ultraschallsensors elektrisch beschreibt, wobei Parameterwerte des elektrischen Modells durch die Übertragungsfunktion charakterisiert werden.

Insbesondere kann dann durch einen Vergleich der Mehrzahl von elektrischen

Bauelementen mit einer Mehrzahl von elektrischen Bauelementen, die die Referenz- Übertragungsfunktion beschreiben, der Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden. Dadurch kann auf einfache Weise und genaue eine Quantifizierung des Funktionszustands des Ultraschallsensors auf Basis von elektrischen Bauelementen durchgeführt werden.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das elektrische Modell des Ultraschallsensors und/oder des Referenzultraschallsensors durch einen ersten Kondensator, einen zum ersten

Kondensator separaten zweiten Kondensator, einer Induktivität und einen ohmschen Widerstand gebildet wird, wobei der zweite Kondensator, die Induktivität und der ohmsche Widerstand in Serie verschaltet werden und der erste Kondensator parallel zu der Serienschaltung geschaltet wird. Dadurch ist mittels eines einfachen Ersatzschaltbilds der Ultraschallsensor beschrieben. Bei den elektrischen Bauelementen dieses

Ersatzschaltbilds handelt es sich um einfache elektrische Bauelemente, deren Werte einfach bestimmt werden können, wodurch auf den Funktionszustand des

Ultraschallsensors einfach Rückschluss gezogen werden kann. Dadurch, dass sich jedes der elektrischen Bauelemente elektrisch unterschiedlich verhält, kann somit eine Vielzahl von Funktionszuständen, welche abhängig ist von einer Vielzahl von Einflüssen, des Ultraschallsensors abgebildet werden, so dass eine präzise Bestimmung des aktuellen Funktionszustands des Ultraschallsensors realisiert werden kann.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn eine physikalische Kapazität des Ultraschallsensors mittels des ersten Kondensators, eine mechanische Nachgiebigkeit einer Membran des Ultraschallsensors mittels des zweiten Kondensators, eine

bewegende Masse der Membran durch die Induktivität und eine Dämpfung des

Schallsignals mittels des ohmschen Widerstands beschrieben werden. Insbesondere kann mittels der physikalischen Kapazität, der mechanischen Nachgiebigkeit, der bewegenden Masse und der Dämpfung der zumindest eine Funktionszustand des Ultraschallsensors bestimmt werden. Beispielsweise kann mittels einer Änderung des ersten Kondensators, sprich der physikalischen Kapazität, ein Defekt der Piezo-Keramik bestimmt werden. Beispielsweise bei der Verringerung der ersten Kapazität des ersten Kondensators kann ein solcher Defekt vorliegen.

Insbesondere beschreiben der zweite Kondensator, die Induktivität und der ohmsche Widerstand das elektro-akustische Modell der Schallwandlung des Ultraschallsensors. Bei einer Veränderung der Kapazität des zweiten Kondensators, mit anderen Worten der mechanischen Nachgiebigkeit bzw. dem Reziprokwert der Steifigkeit, kann beispielsweise auf eine Vereisung des Ultraschallsensors geschlossen werden, da die Nachgiebigkeit nachlässt, sobald Eis auf einer Membran des Ultraschallsensors ist. Insbesondere bei Eis auf der Membran ändert sich ebenfalls die sich bewegende Masse der Membran, welche durch die Induktivität dargestellt ist, sodass insbesondere bei Eis sich auch die Induktivität ändert. Ebenfalls möglich ist, dass bei Verschmutzung des Ultraschallsensors, mit anderen Worten ist Schmutz auf der Membran des Ultraschallsensors, eine zusätzliche Masse auf der Membran des Ultraschallsensors angeordnet ist, sodass sich hier ebenfalls die Induktivität verändert. Durch den ohmschen Widerstand ist insbesondere die

Dämpfung des Ultraschallsignals in der Umgebung erfassbar, wobei die Dämpfung insbesondere durch eine Luftschalldämpfung stattfindet, welche insbesondere abhängig von einer Außentemperatur und einer Luftfeuchtigkeit ist.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn jeweilige Parameterwerte der ersten Kapazität, der zweiten Kapazität, der Induktivität und des ohmschen Widerstands des Ultraschallsensors mittels einer Parameterwertanpassung, insbesondere mittels einer numerischen Optimierung, derart bestimmt werden, dass sich mit diesen angepassten Parameterwerten die

Übertragungsfunktion modellmäßig ergibt. Insbesondere mittels eines Parameterfits, welches die Parameteranpassung ist, in Form der numerischen Optimierung des Parameterfits ist es sehr einfach möglich, die Parameterwerte der entsprechenden elektrischen Bauelemente zu bestimmen, wodurch sich schnell und einfach der

Fuktionszustand des Ultraschallsensors bestimmen lässt.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Referenz-Übertragungsfunktion und/oder Parameterwerte eines die Referenz-Übertragungsfunktion ergebenden

Referenzultraschallsensors für eine Mehrzahl an potentiellen Funktionszuständen auf einem Speichermedium der Ultraschallsensorvorrichtung abgespeichert werden. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann eine hohe Genauigkeit der

Funktionszustandsbestimmung realisiert werden. Insbesondere können dann

unterschiedliche Umwelteinflüsse, Alterungseinflüsse bzw. Sensoreinflüsse

beziehungsweise die Veränderungen der Übertragungsfunktion aufgrund dieser Einflüsse mit auf dem Speichermedium abgespeichert werden, sodass für eine Vielzahl von potentiellen Situationen im Alltag der Funktionszustand des Ultraschallsensors präzise bestimmt werden kann. Dadurch lässt sich insbesondere der Ultraschallsensor sicher und zuverlässig betreiben.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Verfahren bei einer Mehrzahl von Betriebsarten des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Somit kann realisiert werden, dass die Bestimmung des Funktionszustands bei mehreren Betriebsarten des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Somit kann insbesondere der Ultraschallsensor zuverlässig und funktionssicher im Fahrbetrieb und weiteren Betriebsarten betrieben werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Information zumindest eines weiteren Sensors, wie beispielsweise eines Temperatursensors und/oder eines

Luftfeuchtigkeitssensors und/oder weiterer Sensorarten, mit bei der

Funktionszustandsbestimmung berücksichtigt wird. Der zumindest eine weitere Sensor kann Teil des Ultraschallsensors und/oder der Ultraschallsensorvorrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs sein.

Ferner betrifft die Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung mit zumindest einem Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinrichtung zum Senden von Ultraschallsignalen, mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Echosignals der Ultraschallsignale und mit einer Steuerungseinrichtung des Ultraschallsensors, welche dazu ausgebildet ist, ein zuvor beschriebenes Verfahren bzw. eine vorteilhafte Ausführungsform davon durchzuführen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug als Personenkraftwagen ausgebildet.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen, wobei die erfindungsgemäße

Ultraschallsensorvorrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug dazu

gegenständliche Merkmale aufweisen, die eine Durchführung des Verfahrens oder einer vorteilhafte Ausführungsform davon ermöglichen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch aus den separierten

Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungsformen als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer

Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung; Fig. 2 ein schematisches Frequenz-Signalstärke-Diagramm zur Bestimmung einer Übertragungsfunktion einer Ausführungsform eines

Ultraschallsensors;

Fig. 3 ein schematisches Frequenz-Impedanz-Diagramm zur Bestimmung eines

Impedanzfrequenzgangs einer Ausführungsform eines Ultraschallsensors; und

Fig. 4 ein schematisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform eines

Ultraschallsensors.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als

Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein

Fahrerassistenzsystem 2. Mit dem Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein Objekt 3, welches sich in der Umgebung 4 des Kraftahrzeugs 1 befindet erfasst werden. Insbesondere kann mittels des Fahrerassistenzsystems 2 ein Abstand zwischen dem Kraftahrzeug 1 und dem Objekt 3 bestimmt werden.

Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest eine Ultraschallsensorvorrichtung 5. Die Ultraschallsensorvorrichtung 5 wiederum weist zumindest einen Ultraschallsensor 5a auf. Der Ultraschallsensor 5a umfasst eine Sendeeinrichtung 6, mittels welcher zumindest ein Ultraschallsignal 8, insbesondere mehrere Ultraschallsignale 8, ausgesendet werden kann/können. Die Ultraschallsensorvorrichtung 5 ist vorliegend an einem Frontbereich des Kraftahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 5 kann auch an anderen Bereichen, beispielsweise an einem Heckbereich oder einem Seitenbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden. Das folgende Beispiel ist also nicht abschließend zu betrachten, sondern dient lediglich zur Veranschaulichung.

Mit der Sendeeinrichtung 6 können die Ultraschallsignale 8 innerhalb eines

vorbestimmten Erfassungsbereichs E bzw. eines vorbestimmten Winkelbereichs, mittels einer Membran, ausgesendet werden. Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 5 eine Empfangseinrichtung 7, mittels welcher reflektierte Ultraschallsignale als Echosignale 9, welche vom Objekt 3 reflektiert wurden, insbesondere über die Membran empfangen werden können. Mit der Empfangseinrichtung 7 können also von dem Objekt 3 reflektierte Ultraschallsignale 9 als Empfangssignal empfangen werden. Ferner kann die Ultraschallsensorvorrichtung 5 eine Steuerungseinrichtung S aufweisen, die beispielsweise durch ein MikroController und/oder ein digitalen Signalprozessor gebildet sein kann. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 10, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU-electronic control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Steuerungseinrichtung 10 ist zur Datenübertragung mit der Ultraschallsensorvorrichtung 5 verbunden. Die Datenübertragung kann beispielsweise über den Datenbus des

Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Frequenz-Signalstärke-Diagramm zur Bestimmung einer Übertragungsfunktion 13 einer Ausführungsform eines Ultraschallsensors (5a). Auf einer Abszisse A des Diagramms in Fig. 1 ist insbesondere eine Frequenz in [kHz]

aufgetragen. Auf einer Ordinate O des Diagramms ist eine Signalstärke in [dB] angegeben. Die Signalstärke ist abhängig von den elektrischen Kenngrößen K (Fig. 4), wie beispielsweise Spannung und Strom. Insbesondere zeigt die Fig. 1 , dass die

Übertragungsfunktion 13 des Ultraschallsensors 5a einen Peak 12 aufweist, welcher insbesondere bei einer Resonanzfrequenz R des Ultraschallsensors 5a liegt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel liegt die Resonanzfrequenz R bei etwa 45 kHz. Der

Ultraschallsensor 5a wird bevorzugt im Resonanzbetrieb bei der Resonanzfrequenz R betrieben.

Mittels der Übertragungsfunktion 13 aus Fig. 2 kann insbesondere das akustischelektrische Verhalten des Ultraschallsensors 5a dargestellt werden. Insbesondere weist bauartbedingt jeder Ultraschallsensor 5a eine spezifische Übertragungsfunktion 13 auf. Insbesondere kann beispielsweise die spezifische Resonanzfrequenz R des

Ultraschallsensors 5a in einem Frequenzband liegen, welches in Fig. 1 durch -Af und +Af beispielhaft dargestellt ist. Beispielsweise kann das Frequenzband zwischen 40 kHz und 50 kHz liegen. Insbesondere kann dann die Resonanzfrequenz R des spezifischen Ultraschallsensors 5a in diesem Frequenzband überprüft und bestimmt werden.

Durch äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Umwelteinflüsse, Alterung oder sensorbedingte Einflüsse, kann es dazu kommen, dass der Ultraschallsensor 5a eine abweichende Übertragungsfunktion 13 gegenüber einer Referenz-Übertragungsfunktion 1 1 eines Referenzultraschallsensors aufweist. Insbesondere ist die Übertragungsfunktion 13 unterschiedlich zur Referenz-Übertragungsfunktion 1 1 . Anhand der Übertragungsfunktion 13 gegenüber der Referenz-Übertragungsfunktion 1 1 kann dann insbesondere ein Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob der Ultraschallsensor 5a verschmutzt beziehungsweise vereist ist. Die Übertragungsfunktion 13 wird abhängig von einem elektrischen Prüfsignal P (Fig. 4) bestimmt, wobei der Ultraschallsensor 5a mit dem elektrischen Prüfsignal P angeregt wird. Die elektrische Kenngröße K, welche insbesondere eine Spannung und/oder ein Strom im Ultraschallsensor 5a sein kann, kann dann ausgewertet werden und abhängig davon die Übertragungsfunktion 13 des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.

Insbesondere wird dann die Übertragungsfunktion 13 mit der Referenz- Übertragungsfunktion 1 1 verglichen und abhängig von dem Vergleich kann dann der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Prüfsignal P als harmonisches Signal oder als Sprungsignal oder als Impulssignal von einer Steuerungseinrichtung, insbesondere der

Steuerungseinrichtung (S) des Ultraschallsensors 5a, erzeugt wird.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung des Funktionszustands des Ultraschallsensors 5a bei einer Mehrzahl von Betriebsarten des Kraftfahrzeugs 1 , insbesondere bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 , durchgeführt werden kann. Somit kann aktuell der Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.

Fig. 3 zeigt beispielhaft ein schematisches Frequenz-Impedanz-Diagramm zur

Bestimmung eines Impedanzfrequenzgangs 14 des Ultraschallsensors 5a. Insbesondere ist auf der Abszisse A die Frequenz in [kHz] angegeben und auf der Ordinate O ein Phasenwinkel α in ]. Der Impedanzfrequenzgang 14 weist bei der Resonanzfrequenz R des Ultraschallsensors 5a einen Wendepunkt auf. Insbesondere weist bei der

Resonanzfrequenz R die Impedanz einen Phasenwinkel α von 0 auf.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Übertragungsfunktion 13 mittels des

Impedanzfrequenzgangs 14 bestimmt wird, wobei durch den Impedanzfrequenzgang 14 die elektrische Kenngröße K, insbesondere als Strom und/oder Spannung in

Abhängigkeit des Phasenwinkels α zueinander, beschrieben ist. Beispielsweise kann dann der Impedanzfrequenzgang 14 in Abhängigkeit von einem eingeprägten Strom als elektrisches Prüfsignal P, einer davon abhängigen gemessenen Spannung als elektrische Kenngröße K und des als elektrische Kenngröße K ausgebildeten Phasenwinkels α des eingeprägten Stroms zur gemessenen Spannung bestimmt werden. Ebenfalls möglich ist, dass der Impedanzfrequenzgang 14 abhängig von einer eingeprägten Spannung als elektrisches Prüfsignal P, einem davon abhängigen gemessenen Strom als elektrische Kenngröße K und des als elektrische Kenngröße K ausgebildeten Phasenwinkels α der eingeprägten Spannung zum gemessenen Strom bestimmt werden.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform des

Ultraschallsensors 5a als ein elektrisches Modell 15 des Ultraschallsensors 5a.

Insbesondere beschreibt das elektrische Modell 15 den mechanischen Ultraschallwandler 5a elektrisch. Insbesondere weist das elektrische Modell 15 eine Mehrzahl an

Bauelementen 16 auf.

Insbesondere weist das elektrische Modell 15 einen ersten Kondensator 17, einen zweiten Kondensator 18, eine Induktivität 19 und einen ohmschen Widerstand 20 auf. Insbesondere sind Parameterwerte der Bauelemente 16 derart ausgebildet, dass sie durch die Übertragungsfunktion 13 charakterisiert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass im elektrischen Modell 15 der zweite Kondensator 18, die Induktivität 19 und der ohmsche Widerstand 20 in Serie geschaltet sind und parallel zu dieser Serienschaltung der erste Kondensator 17 geschaltet ist.

Insbesondere ist durch den ersten Kondensator 17 eine physikalische Kapazität des Ultraschallsensors 5a, beispielsweise die Keramik eines Piezo-Ultraschallsensors, beschrieben. Mittels des zweiten Kondensators 18 kann beispielsweise eine mechanische Nachgiebigkeit, welche dem Reziprokwet der Steifigkeit entspricht, einer Membran des Ultraschallsensors 5a beschrieben werden. Mittels der Induktivität 19 kann insbesondere eine bewegende Masse der Membran beschrieben werden. Mittels des ohmschen Widerstands 20 kann insbesondere eine Dämpfung des Ultraschallsignals 8 beschrieben werden. Insbesondere kann mittels der physikalischen Kapazität, der mechanischen Nachgiebigkeit der bewegenden Masse und der Dämpfung der zumindest eine

Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a bestimmt werden.

Beispielsweise kann sich bei einer defekten Keramik die Kapazität des ersten

Kondensators 17 verringern, sodass durch eine Verringerung der ersten Kapazität auf einen Defekt der Keramik schließen lässt. Sollte beispielsweise Eis auf der Membran des Ultraschallsensors 5a sein, so kann sich beispielsweise die mechanische Nachgiebigkeit und die bewegende Masse verändern, sodass im elektrischen Modell 15 eine

Veränderung des zweiten Kondensators 16, bzw. eine Veränderung der Kapazität des zweiten Kondensators 16, und eine Veränderung der Induktivität 19 zu verzeichnen ist. Anhand der Parameterwertänderungen kann dann auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a Rückschluss gezogen werden.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Parameterwerte der Bauelemente 16 mittels einer Parameterwertanpassung, insbesondere mittels einer numerischen Optimierung, derart bestimmt werden, dass sie sich mit diesen angepassten Parameterwerten die

Übertragungsfunktion 13 modellmäßig ergibt.

Insbesondere können dann die Referenz-Übertragungsfunktion 1 1 und/oder

Parameterwerte eines die Referenz-Übertragungsfunktion 1 1 ergebenden

Referenzultraschallsensors für eine Mehrzahl von potentiellen Funktionszuständen auf einem Speichermedium der Ultraschallsensorvorrichtung 5 abgespeichert werden. Somit können dann die einzelnen Parameterwerte der Bauelemente 16 mit den

Parameterwerten der Bauelemente des Referenzultraschallsensors verglichen werden und dadurch auf den im Speicher abgespeicherten Informationen Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen, die Sensorbedingungen bzw. die Alterung des Ultraschallsensors 5a gezogen werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Information zumindest eines weiteren Sensors, wie beispielsweise eines Temperatursensors und/oder eines

Luftfeuchtigkeitssensors und/oder weiterer Sensorarten, bei der

Funktionszustandsbestimmung mit berücksichtigt wird. Der zumindest eine weitere Sensor kann Teil des Ultraschallsensors 5a und/oder der Ultraschallsensorvorrichtung 5 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 sein.

Insbesondere ist vorgesehen, dass somit die Übertragungsfunktion 13 des

Ultraschallsensors 5a direkt und somit sensorintern - ohne ausgesendete

Ultraschallsignale und empfangene Echosignale zu senden und auszuwerten - gemessen wird und anhand der Übertragungsfunktion 13 der Funktionszustand des

Ultraschallsensors 5a bestimmt wird. Dazu wird der Ultraschallsensor 5a mittels des elektrischen Prüfsignals P angeregt. Mittels des elektrischen Prüfsignals P wird dann die elektrische Kenngröße K des Ultraschallsensors 5a beeinflusst und durch den

Ultraschallsensor 5a ausgewertet. Abhängig von der elektrischen Kenngröße K, welche insbesondere im Impedanzfrequenzgang 14 zu erkennen ist, wird die

Übertragungsfunktion 13 bestimmt. Das bereitgestellte elektrische Modell 15 mit seinen Bauelementen 16 wird durch Parameterwertanpassung an die bestimmte

Übertragungsfunktion 13 angepasst, so dass die Bauelemente 16 die Ubertragungsfunktion 13 charakterisieren. Die angepassten Parameterwerte werden dann mit Referenzparameterwerten eines Referenzultraschallsensors verglichen und Basis des Vergleichs werden dann Rückschlüsse auf den Funktionszustand des Ultraschallsensors 5a gezogen.