Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung mittels Ultraschall, insbesondere in Form einer Abstandsmessung für vorzugsweise Parkhilfen von Fahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Ultraschallmesssystem, das sich insbesondere als Parkhilfe für Fahrzeuge eignet.

Ultraschallmesssysteme werden insbesondere für Abstands- bzw. Entfernungsmessungen eingesetzt. Ein wesentlicher Einsatzbereich solcher Ultraschallmesssysteme ist ihre Verwendung als Parkhilfe für Fahrzeuge. Ganz allgemein gilt, dass bei Ultraschallmesssystemen von einem Ultraschallsender Ultraschallwellen ausgesendet werden, die, wenn sie auf ein Hindernis auftreffen, von diesem reflektiert und von einem Ultraschallempfänger empfangen werden. Aufgrund der Laufzeit zwischen dem Aussenden der Ultraschallwellen und dem Empfang von Echos der Ultraschallwellen kann dann auf die Entfernung des Hindernisses zum Ultraschallsender bzw. -empfänger geschlossen werden. Ultraschallmesssysteme werden aber auch zur Überwachung von Räumen und zur Detektion von sich in überwachten Räumen aufhaltenden Personen eingesetzt. Um auch noch Echosignale, die von weiter entfernt angeordneten Objekten kommen, zuverlässig detektieren zu können, sollte die Energie der ausgesendeten Ultraschallwellen ausreichend groß sein. Daher werden elektroakustische Ultraschallwandler derartiger Ultraschallsysteme am Eingang mit einem Transformator bzw. Spannungsumsetzer betrieben. Damit aber steigen die Herstellungskosten von Ultraschallwandlern, was sich insbesondere bei Parkhilfen für Fahrzeuge insoweit negativ auswirkt, als derartige Parkhilfen zumeist mehrere Ultraschallwandler umfassen . Ein Ultraschallmesssystem kann beispielsweise einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger aufweisen, die als getrennte Einzelkomponenten ausgebildet sind . Wesentlich vorteilhafter ist es insbesondere unter dem Aspekt eines verringerten Platzbedarfs und geringerer Gestehungskosten je- doch, wenn ein Ultraschallwandler eingesetzt wird, der in einem Sendeintervall als Ultraschallsender und in einem sich an ein Sendeintervall anschließenden Empfangsintervall als Ultraschallempfänger arbeitet. Innerhalb des Sendeintervalls wird der Ultraschallwandler insbesondere mittels eines Burst-An- steuersignals angesteuert, wodurch ein elektroakustisches Schwingelement des Ultraschallwandlers in Schwingung versetzt und damit angeregt wird . Nach Beendigung dieser Ansteuerung schwingt das Schwingelement allerdings zunächst aus. Während dieser Zeit können Echos die von nahe am Ultraschallwandler angeordneten Objekten kommen, nicht mit Sicherheit detektiert werden, so dass mit dem zuvor genannten Typus von Ultraschallwandlern nur schwer im Nahbereich gemessen werden kann .

Es ist bekannt, zur Verkürzung der Ausschwingzeit eines Ultraschallwandlers dessen Schwingelement zu dämpfen (siehe EP-B-0 571 566, EP-B-0 623 395, WO-A-2012/163598, US-B-6 731 569 und GB-A-2 483 337) . Hierzu wird bei einem Ultraschallwandler nach DE-A-36 02 857 ein Widerstand zugeschaltet, und zwar bereits innerhalb des Sendeintervalls.

Nach DE-A- 10 2009 027 221 und DE-A- 10 2010 039 017 wird das Schwingelement mit einem oder mehreren Dämpfungspulsen beaufschlagt.

Eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung mit variabel einstellbarem Verstärkungsfaktor eines Messverstärkers ist aus US-A-5 212 467 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ultraschallmessung sowie ein Ultraschallmesssystem zu schaffen, das kostengünstig mit nur geringem

Hardware-Aufwand realisiert werden kann . Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Messung mittels Ultraschall, insbesondere als Parkhilfe für Fahrzeuge, vorgeschlagen, bei dem

ein ein Schwingelement aufweisender, elektroakustischer Ultraschall- wandler, der ohne Spannungsumsetzer an seinem Eingang betrieben wird, für die Dauer eines Sendeintervalls mit einem insbesondere Puls- folge-Ansteuersignal zur Erzeugung von Ultraschallwellen angesteuert wird,

sich an das Sendeintervall mit Beendigung der Ansteuerung des Ultra- schallwandlers ein Empfangsintervall anschließt, wobei das Schwingelement des Ultraschallwandlers während einer mit Beendigung des Sendeintervalls beginnenden Ausschwingphase ausschwingt,

der Ultraschallwandler spätestens ab Beginn der Ausschwingphase zur Verkürzung derselben mit mindestens einem Dämpfungswiderstand be- schaltet wird,

die Beschaltung des Ultraschallwandlers mit dem Dämpfungswiderstand beendet wird, wenn das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers oder das Ausgangssignal eines mit dem Ultraschallwandler verbundenen Messverstärkers oder einer diesem nachgeordneten Schaltung eine vorgebbare Deaktivierungsschwelle unterschreitet und

danach während des Empfangsintervalls mindestens ein Echo einer in dem vorherigen Sendeintervall ausgesendeten Ultraschallwelle oder eine andere Ultraschallwelle detektiert werden kann,

wobei der Ultraschallwandler mit dem Dämpfungswiderstand erst mit Be- endigung des Sendeintervalls und/oder mit Beginn des Empfangsintervalls beschaltet wird .

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner mit einem Ultraschallmesssystem gelöst, das sich insbesondere als Parkhilfe für Fahrzeuge eignet und versehen ist mit

einem ein Schwingelement aufweisenden, Spannungsumsetzerlosen Ultraschallwandler, der wahlweise sowohl als Ultraschallsender als auch als Ultraschallempfänger betreibbar ist und mindestens einen entweder als Eingang oder als Ausgang dienenden Signalanschluss aufweist, und einer mit dem mindestens einen Signalanschluss des Ultraschallwandlers verbundenen Ansteuer- und Auswerteeinheit zur Anregung des Schwingelements des Ultraschallwandlers zum Aussenden von Ultraschallwellen für den Betrieb als Ultraschallsender während eines Sendeintervalls und zur anschließenden Deaktivierung der Anregung des Schwingelements des Ultraschallwandlers zum Empfangen von Ultraschallwellen für den Betrieb als Ultraschallempfänger während eines Empfangsintervalls und zur Verarbeitung von an dem mindestens einen Signalanschluss des Ultraschallwandlers anliegenden Signalen, wobei das Schwingelement nach Beendigung seiner Anregung während einer Ausschwingphase ab dem Beginn eines Empfangsintervalls ausschwingt,

wobei die Ansteuer- und Auswerteeinheit zur Verkürzung der Ausschwingphase des Schwingelements mindestens einen schaltbaren Dämpfungswiderstand aufweist, der auf den mindestens einen Signalanschluss des Ultraschallwandlers aufschaltbar ist, und zwar durch die Ansteuer- und Auswerteeinheit gesteuert und mit Beendigung des Sendeintervalls und/oder mit Beginn des Empfangsintervalls,

wobei die Größe des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers oder die Größe eines Ausgangssignals eines Messverstärkers oder einer diesem nachgeordneten Schaltung der Ansteuer- und Auswerteeinheit zumindest ab Beginn der Ausschwingphase mit einer vorgebbaren Deaktivierungs- schwelle verglichen wird und

wobei die Ansteuer- und Auswerteeinheit die Aufschaltung des Dämpfungswiderstandes auf den mindestens einen Signalanschluss des Ultraschallwandlers beendet, wenn das Ausgangssignal kleiner als oder gleich der Deaktivierungsschwelle ist. Die Erfindung geht von der Verwendung eines elektroakustischen Ultraschallwandlers aus, der ohne Spannungsumsetzer bzw. Transformator an seinem Eingang betrieben wird. Dieser Ultraschallwandler weist ein Schwingelement auf, das während eines Sendeintervalls zu Schwingungen angeregt wird, also als Aktuator dient, und damit Ultraschallwellen abgibt, und das in einem sich anschließenden Empfangsintervall auf empfangene Ultraschallwellen reagiert und angeregt wird, also als Sensor dient. Von Bedeutung bei derartigen Ultraschallwandlern ist, dass sie eine möglichst geringe Ausschwingphase aufwei- sen. Zur Verkürzung dieser Ausschwingphase wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, den mindestens einen Signalanschluss des Ultraschallwandlers, der während eines Empfangsintervalls als Ausgang dient, mit einem Dämpfungswiderstand zu belegen bzw. zu beschälten. Der Dämpfungswiderstand sollte spätestens mit dem Beginn der Ausschwingphase aufgeschaltet werden und wird erfindungsgemäß dann "deaktiviert", wenn das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers oder das Ausgangssignal eines mit dem Ultraschallwandler verbundenen Messverstärkers oder einer diesem nachgeordneten Schaltung eine vorgebbare Deaktivierungsschwelle unterschreitet. Durch die phasenweise Aufschaltung eines Dämpfungswiderstandes o.dgl. Modulation eines ohmschen Widerstandes, der beispielsweise als Innenwiderstand Bestandteil der Ansteuer- und Auswerteeinheit des Ultraschallmesssystems bzw. des Ultraschallmessverfahrens ist, wird eine Verringerung der Dauer der Ausschwingphase erreicht. Damit kann das Schwingelement nach einer verkürzten Zeit ab Beendigung des Sendeintervalls als Sensor für Echos o.dgl . Ultraschallwellen eingesetzt werden, wodurch das Ultraschallmesssystem und das Ultraschallmessverfahren mit Vorteil für den Nahbereich eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird der Ultraschallwandler mit dem Dämpfungswiderstand erst mit Beendigung des Sendeintervalls und/oder mit Beginn des Empfangsintervalls beschaltet, und zwar insbesondere durch elektrische Verbindung des Signalausgangs des Ultraschallwandlers mit Masse. Mit anderen Worten ist hierbei also vorgesehen, dass der Dämpfungswiderstand nach Unterschreitung der vorgebbaren Deaktivierungsschwelle durch das Ausgangssignal des Messverstärkers oder durch das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers erst wieder mit Beginn der Ausschwingphase nach dem nächsten auf das Empfangsintervall folgenden Sendeintervall auf den Ultraschallwandler aufgeschaltet wird. Diese nur zeitweise Beschaltung des Ultraschallwandlers mit dem Dämpfungswiderstand erlaubt es, den Ultraschallwandler während eines Sendeintervalls, innerhalb dessen der Dämpfungswiderstand vom Ansteuerpfad abgetrennt ist, mit maximal zur Verfügung stehender Sendeenergie zu versorgen, da jegliche Sekundärpfade vermieden werden und somit die Sendeenergie im Wesentlichen ausschließlich (nämlich mit Ausnahme von geringen potentiellen Verlusten in anderen Bauteilen der Beschaltung oder Ultraschallwandler) dem Schwingelement zur Verfügung steht. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass mit "Dämpfungswiderstand" im Sinne der Erfindung ganz allgemein ein Bauteil mit einem elektrischen (Wider- stands-)Leiter oder einem elektrisch leitenden (Widerstands-)Leitungspfad gemeint ist, die beide einen ohmschen Widerstand bilden . Zum Beispiel kann der Dämpfungswiderstand ein elektrisches Widerstandsbauteil oder aber ein elektronisches Bauteil mit einem durch ein Steuersignal steuerbaren Leitungspfad mit veränderlichem ohmschen Widerstand sein, wie es z. B. bei einem Transistor der Fall ist. Dadurch, dass die Beschaltung des Ausgangs des Ultraschallwandlers mit einem ohmschen Widerstand erfindungsgemäß aktiviert und deaktiviert werden kann, ist der ohmsche Widerstand insoweit modulierbar. Diese Widerstandsmodulation ist insoweit ein Aspekt der Erfindung . Ein Transistor oder ein anderes elektronisches Bauteil, das durch ein Steuersignal einem (im Idealfall zwischen 0 und oo) einstellbaren ohmschen Widerstand bildet, eignet sich insoweit, als die Aktivierung und die Deaktivierung der Beschaltung des Ultraschallwandlers durch den Dämpfungswiderstand schal- tungstechnisch durch ein und dasselbe elektrische Bauteil realisiert werden kann, indem der Transistor bzw. das elektronische Bauteil angesteuert wird .

Wie bereits oben erwähnt, kann der Dämpfungswiderstand als zusätzliches bzw. elektronisches Bauelement ausgeführt sein . Sollte für die Ansteuerung des Ultraschallwandlers zur Erzeugung von Ultraschallwellen eine Schaltung verwendet werden, die über einen (nennenswerten) Innenwiderstand verfügt (,wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Stromquellen der Fall sein könnte,) so ist es denkbar und im Rahmen der Erfindung, die Aktivierung und Deaktivierung der Beschaltung des Ultraschal lwandlers mit dem Dämpfungswiderstand durch Modu lation des Innenwiderstandes der Ansteuerschaltu ng zu realisieren . Alternativ oder zusätzlich zur phasenweisen Beschaltung des Ultraschal lwandlers mit einem Dämpfungswiderstand bzw. der phasenweisen Mod ulation eines Dämpfungswiderstandes am Ausgang des Ultraschal lwandlers kann gemäß einem sel bstständ igen Erfind ungsaspekt vorgesehen sein, dass zur weiteren Verkürzung der Ausschwingphase anhand des Ausgangssignals des Ultra- schallwandlers und/oder des Ausgangssignals des Messverstärkers die Pha ^¬ senlage der Perioden des Ausschwingens des Schwingelements des Ultra ^¬ schallwand lers ermittelt oder zumindest abgeschätzt wird und dass der Ultraschallwand ler mit mindestens einem zum Ausgangssignal des Ultraschall ^¬ wandlers phasenverschobenen, insbesondere Einzel-, Doppel- oder Mehrfach- Dämpfungspuls beaufschlagt wird . Die Ansteuer- und Auswerteeinheit erzeugt dabei zur weiteren Verkürzung der Ausschwing phase zumindest einen Dämpfungspuls, mit dem der mindestens eine Signalanschl uss des Ultraschal lwand ^¬ lers während einer Ausschwing phase beaufschlag bar ist, wobei anhand eines Phasenlagendetektors der Ansteuer- und Auswerteeinheit die Phasenlage der Schwingungen des Ausschwingsignals des U ltraschallwandlers während einer Ausschwing phase ermittel bar und anhand dessen die Phasenlage des Aus ^¬ schwingens des Schwingelements des U ltraschallwand lers abschätzbar ist, wo ^¬ bei der Ultraschallwand ler mit einem zum Ausschwingsignal des Ultraschall ^¬ wandlers phasenverschobenen, insbesondere Einzel-, Doppel- oder Mehrfach- Dämpfungspuls ansteuerbar ist.

Bei d ieser Variante der Erfind ung wird also das ausschwingende Schwing ^¬ element d urch gezielt gesetzte Dämpfungspulse "abgebremst", wobei d urch die erfind ungsgemäße Vorgehensweise darauf geachtet wird, dass die Dämp- fungspulse im Idealfal l um 180 Grad phasenverschoben zum Ausschwingen des Schwingelements gesetzt werden . Problematisch ist al lerdings, dass an einem handelsübl ichen Ultraschal lwandler leider n icht der Strom, der das Schwingelement anregt, bzw. die Spann ung über dem Schwingelement abge- griffen werden kann. Vielmehr kann lediglich das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers untersucht werden. Dieses Ausgangssignal ist aber bezüglich seiner Phase gegenüber der Phase des Strom durch das Schwingelement bzw. der Spannung über dem Schwingelement verschoben. Aufgrund der Werte für die Kapazität, den ohmschen Widerstand und die Induktivität des elektrischen Ersatzschaltbildes des Ultraschallwandlers, dessen Mechanik (und Beschaltung) durch das elektrische Ersatzschaltbild repräsentiert wird, kann aber anhand der Phasenlage des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers ermittelt oder zumindest abgeschätzt werden, welche Phasenlage das Schwingelement auf- weist. Dementsprechend kann dann ein Dämpfungspuls also, wie für ein wirkungsvolles Abbremsen des Schwingelements erforderlich, auf die Phasenlage abgestimmt gesetzt werden. Der Dämpfungsimpuls kann dabei als Einzelpuls oder als Mehrfachpuls gesendet werden, wobei die Energie pro Dämpfungspuls variabel sein kann, was durch die Amplitude (Höhe) und die Dauer des Dämp- fungspulses steuerbar ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung der zuvor beschriebenen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach der Beaufschlagung des Ultraschallwandlers durch einen ersten, insbesondere Einzel-, Doppel- oder Mehrfach- Dämpfungspuls zunächst wiederum die Phasenlage der Perioden des gedämpften Ausschwingens des Schwingelements des Ultraschallwandlers ermittelt oder zumindest abgeschätzt wird und dass der Ultraschallwandler mit einem weiteren zum Ausganssignal des Ultraschallwandlers phasenverschobenen, insbesondere Einzel-, Doppel- oder Mehrfach-Dämpfungspuls beauf- schlagt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystem gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist also nach einer Ansteuerung des Ultraschallwandlers durch einen Einzel-, Doppel- oder Mehrfach-Dämpfungspuls mittels des Phasenlagendetektors die Phasenlage der Schwingungen des gedämpften Ausschwingsignals des Ultraschallwandlers ermittelbar und anhand dessen die Phasenlage des gedämpften Ausschwingens des Schwingelements des Ultraschallwandlers abschätzbar, wobei der Ultraschallwandler durch zumindest einen weiteren zum Ausschwingsignal des Ultraschallwandlers phasenverscho- benen, insbesondere Einzel-, Doppel- oder Mehrfach-Dämpfungspuls ansteuerbar ist.

Die Anzahl an Dämpfungspulsen hängt letztendlich von der Güte des Ultra- schallwandlers ab. Je höher dessen Güte ist, umso mehr Dämpfungspulse können gesetzt werden, um das Schwingelement abzubremsen. Grundsätzlich gilt für die Dämpfungspulse, dass diese nicht dazu führen sollten, dass Schwingelement aktiv anzuregen; dann hätten sie ihren Zweck verfehlt. Die Dauer des Einzel-Dämpfungspulses bzw. jedes Dämpfungspulses eines Doppel- oder Mehrfachpulses ist dabei gleich der Hälfte der Periodendauer der fest eingestellten Anregungsschwingung, die von der Anregungsfrequenz abhängig ist, mit der der Ultraschallwandler während des Sendeintervalls betrieben wird. Das Schwingelement gleicht sich automatisch mit Beginn der Aus- schwingphase (also ab Ende des Sendeintervalls und mit Beginn des Empfangsintervalls) auf seine Eigenfrequenz ab. Die Anregungsfrequenz sollte im Idealfall gleich der Eigenfrequenz sein, was aber wegen fertigungsbedingter Toleranzen des Schwingelements, bei dem es sich typischerweise um ein Piezokristall handelt, nicht gewährleistet werden kann. Im Regelfall unter- scheidet sich die Eigenfrequenz von der Anregungsfrequenz (wenn auch geringfügig), so dass die Dauer eines bzw. jedes Dämpfungspulses kürzer oder länger als die Hälfte der Periodendauer der Eigenschwingung des Schwingelements ist. Diese Ungenauigkeit wird aus Gründen der Vereinfachung der Erzeugung der Dämpfungspulse (fest vorgegebene Dauer jedes Dämpfungs- pulses und damit keine Ermittlung der Periodendauer der Eigenschwingung des Schwingelements in der Ausschwingphase erforderlich, um die Dauer des Dämpfungspulses zu ermitteln) bei dieser Weiterbildung der Erfindung bewusst in Kauf genommen. Alternativ zu den beiden zuvor beschriebenen selbstständigen Varianten der Erfindung oder aber auch in Ergänzung zu zumindest einer dieser Varianten und vorzugsweise in Ergänzung zu beiden Varianten kann ferner vorgesehen sein, dass das vom Ultraschallwandler während einer Empfangsphase empfan- gene akustische Sig nal in ein elektrisches Messsignal umgesetzt wird, das dem Messverstärker als Eingangssignal zugeführt und in dem Messverstärker verstärkt wird, und dass das Eingangssignal des Messverstärkers auf einen den Arbeitspunkt des Messverstärkers definierenden Wert beg renzt wird, der klei- ner ist als das Messsig nal des U ltraschallwandlers zu Beginn der Ausschwing ^¬ phase. Dabei ist bei dem erfind ungsgemäßen U ltraschal lmesssystem beispielhaft vorgesehen, dass zwischen dem U ltraschallwand ler und dem Messverstärker mindestens ein Entkopplungskondensator angeord net ist und dass die An- steuer- und Auswerteeinheit eine Spannungsbegrenzungseinheit wie z. B. zwei antiparallel geschaltete Spannungsbeg renzungselemente, insbesondere mit pn-Ü bergängen aufweist, mit denen, von der Ansteuer- und Auswerteeinheit, eine Spannungsbegrenzungseinheit gesteuert, von Beginn eines Empfangsintervalls an der mindestens eine als Ausgang wirkende Signalanschl uss des Ultraschal lwandlers und damit der Eingang des potentiel l vorhandenen Mess- Verstärkers beschaltbar ist. Durch d ie Arbeitspunktbeeinfl ussung des Messverstärkers während der Ausschwing phase wird der Messverstärker also sozusa ^¬ gen zur Verstärkung eines d irekt nach Beend ig ung des Ausschwingens empfangenen Echosignals vorbereitet, so dass dieses Echosignal dann auch, wie gewü nscht, verstärkt wird, ohne dass der Ausgang des Messverstärkers über- steuert. Schaltungstechnisch lässt sich dies beispielsweise mit einer Spannungsbegrenzungseinheit, insbesondere mit zwei antiparallel geschalteten Dioden o .dgl . Halbleiterbauelementen mit pn-Ü bergängen realisieren . Eine derartige Spannungsbeg renzungseinheit, mit der der Ausgang des Ultraschallwandlers während der Ausschwingphase beschaltet wird, ist insbesondere bei Verwend ung von kapazitiven Entkopplungsbauteilen zwischen dem Ultraschallwand ler und dem Messverstärker von Vorteil . Derartige Entkopplungs ^¬ kondensatoren d ienen dazu, dass während der Sendephase die Ansteuersig- nale für den Ultraschallwand ler (im Regelfal l Burst- oder Pulsfolge-Signale) abgemildert am Eingang des Messverstärkers anliegt. Der Vorteil von Ent- kopplungskondensatoren ist, dass d iese kein zusätzl iches Signalrauschen erzeugen und die gemessenen Ausgangsig nale des U ltraschal lwandlers also nicht verfälschen . Nachteil von Entkopplu ngskondensatoren ist aber, dass diese sich aufladen und damit auch wieder entladen werden müssen . Hier hilft ebenfalls die Spannungsbegrenzungseinheit, die während der Ausschwingphase parallel zum Ausgang des Ultraschallwandlers geschaltet wird und somit die über den Entkopplungskondensatoren anstehende Spannung begrenzt. Damit spielt also die Entladung der Entkopplungskondensatoren, die für eine Abklingverzöge- rung des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers bzw. des Eingangssignals am Mess Verstärker führen würde, keine Rolle mehr.

Ein weiterer selbstständig erfindungswesentlicher Aspekt des Ultraschallmessverfahrens bzw. -Systems ist in der Steuerung des Verstärkungsfaktors des Messverstärkers von einem Minimal- auf einen Maximalwert zu sehen (soge ^¬ nannte Sensitive Time Control - STC). Das Ausgangssignal des Ultraschall ^¬ wandlers ist während der Ausschwingphase relativ groß und insbesondere durch das Ausschwingen des Schwingelements induziert. Während dieser Phase ist der Verstärkungsfaktor des Messverstärkers gering. Er bleibt dies auch, da die ersten empfangenen Echos (d.h. Echos aus dem Nahbereich) noch relativ energiestark sind, so dass der Messverstärker das Ausgangssignal des Ultraschallwandlers nur relativ mäßig verstärkt, was auch unter dem As ^¬ pekt der Vermeidung einer Fehldeutung von Echosignalen auf Grund von Bodenechos von Vorteil ist. Mit zunehmender Dauer werden die empfangenen Echosignale aber leistungsschwächer, so dass es sinnvoll ist, den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von der Zeit zu vergrößern. Genau dieser Ansatz wird bei der hier beschriebenen selbstständig erfindungswesentlichen Variante des Ultraschallmessverfahrens bzw. -Systems genutzt. Schließlich sei noch angemerkt, dass die Erfindung noch dahingehend erweiterbar ist, dass eine elektrische Energiequelle mit einer Ladungspumpe zum Betreiben des Ultraschallwandlers während einer Sendephase vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass für den Ultraschallwandler stets ausreichend Ansteuerenergie zur Verfügung steht, auch wenn das (Bord-)Spannungsnetz, an das der Ultraschallwandler angeschlossen ist, Schwankungen unterliegt.

Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz lässt sich also ein Ultraschallmessverfahren bzw. -System realisieren, das bei geringem Hardwareaufwand insbeson- dere im Nahbereich eine bessere Performance aufweist. Hierbei sind in erster Linie die folgenden Merkmale und Eigenschaften wesentliche und zwar jede für sich allein bzw. jede mögliche Kombination einzelner Maßnahmen. Im Einzelnen handelt es sich um folgende selbstständig erfindungswesentliche Merkmale:

1. Ein schaltbarer Innen- bzw. Dämpfungswiderstand, der innerhalb eines Empfangsintervalls lediglich während der anfänglichen Ausschwingphase des Empfangsintervalls nach Beendigung des Sendeintervalls aktiv ist, wobei der Dämpfungswiderstand vorzugsweise hinsichtlich einer ungewollten Anregung des Schwingelements des Ultraschallwandlers störarm auf- und abgeschaltet werden sollte.

2. Elektronisches Dämpfen mit auf die Schwingphase des Ultraschallwandlers abgestimmter Gegenpulsansteuerung, wobei hier auf die Schwingphase des Schwingelements abgestimmt wird. In Pausen zwischen den Dämpfungspulsen wird die Phasenlage des Schwingelements erneut bestimmt, um den nächsten günstigen Dämpfungspulszeitpunkt zu bestimmen. Außerdem kann die Dauer und Höhe des Dämpfungspulses und damit die Energie, die zum Abbremsen des Schwingelements benutzt wird, an die sich verringernde Energie des ausschwingenden Schwingelements angepasst werden.

3. Bei der Signalverarbeitung wird zweckmäßigerweise ein rauscharmer Verstärker verwendet und eine schmalbandige Filterung, um die Signalgüte ausreichend zu verarbeiten.

4. Antiparallele Dioden o.dgl. Spannungsbegrenzungselemente im Ansteuerpfad, die nach dem Senden des Ansteuerungssignals aktiv werden, um dafür zu sorgen, dass der Verstärker schnell in den Arbeitspunkt zurückkehrt, damit das nachgeschaltete schmalbandige Filter keine Einbrüche zeigt. 5. Eine digitale Sensitivity Time Control (STC) mit über der Zeit steigender Verstärkung (des Messverstärkers) sorgt für eine Red uktion der Bodenechoerkennu ng im Nahbereich (durch die anfangsnied rige Verstärkung) und eine Erhöhung der zu untersuchenden Echoamplitude im Fernbereich (durch hohe Verstärkung bei weiter Distanz) . Damit erreicht man bei niedriger Anfangsverstärkung keine Ü bersteuerung der Echoamplitude im Nahbereich, aber eine akzeptable Verstärkung bei größeren Distanzen .

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfind ung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei :

Fig . 1 ein schematisches Systemschaltbild ,

Fig n . 2 bis 5

das Systemschaltbild gemäß Fig . 1 in verschiedenen Phasen des Be ^¬ triebs des Ultraschal lwandlers und den entsprechenden Schalterstel ^¬ lungen in diesen Phasen,

Fig . 6 das elektrische Ersatzschaltbild des U ltraschal lwandlers und

Fign . 7 bis 11

verschiedene Signalverläufe an einzel nen Punkten des Systemschaltbildes gemäß Fig . 1. In Fig . 1 ist schematisch das Gesamtschaltbild eines U ltraschal lmesssystems 10 gezeigt. Das System 10 umfasst einen Ultraschal lwandler 12 (nachfolgend auch Transducer genannt) auf, der wechselweise als U ltraschallsender und als Ultraschallempfänger arbeitet. Der Ultraschal lwandler 12 weist ein bei 14 dagestelltes Schwingelement (beispielsweise Membran) auf, die über ein elektrisches Ansteuersignal angeregt wird, um Ultraschallwel len zu erzeugen .

Zur Ansteuerung des Ultraschal lwandlers 12 dient eine Ansteuer- und Aus ^¬ werteeinheit 16, die eine in diesem Ausführungsbeispiel als Schalter-Vol lbrücke 18 ausgebildete Ansteuerschaltung aufweist. Die vier Schalter 20,22,24,26 werden paarweise geschlossen und geöffnet, um an den Ultraschallwandler 12 wechselweise umgepolte Steuerspannungen anzulegen, wodurch das Schwingelement 14 zu Schwingungen angeregt wird. Die Ansteuereinheit- und Aus- werteeinheit 16 wird von einem Versorgungsspannungspotential versorgt, das am Knotenpunkt 28 anliegt.

Mit diesem Knotenpunkt 28 ist eine Ladungspumpe 30 verbunden, deren Ausgang mit der Vollbrückenschaltung 18 verbunden ist. Zwischen der Ladungs- pumpe 30 und der Vollbrückenschaltung 18 könnte eine in Fig . 1 gestrichelt dargestellte Stromquelle 32 angeordnet sein. Zur Steuerung der (Halbleiter-) Schalter 20 bis 26 der Vollbrückenschaltung 18 dient eine Steuereinheit 34, die um 180° phasenverschobene Ansteuerpulse (Signale Φι und Φ ₂ ) auf die Schalter 20 bis 26 gibt.

Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Ultraschallwandler 12 mit den Knotenpunkten 36,38 zwischen jeweils den Schaltern 20 und 26 bzw. 22 und 24 der Vollbrückenschaltung 18 verbunden. Der Ultraschallwandler 12 weist zwei Anschlüsse 40,42 auf, von denen der Anschluss 40 direkt mit dem Kno- tenpunkt 36 der Vollbrückenschaltung 18 verbunden ist. In der Verbindungsleitung des Anschlusses 42 des Ultraschallwandlers 12 mit dem Knotenpunkt 38 der Vollbrückenschaltung 18 ist eine Spannungsbegrenzungseinheit 44 geschaltet, die in diesem Ausführungsbeispiel zwei antiparallel angeordnete Dioden 46,48 aufweist. Ferner zweigt von der Verbindungsleitung, die in die Spannungsbegrenzungseinheit 44 verschaltet ist, eine Leitung mit einem Dämpfungswiderstand 50 und einem Schalter 42 ab. Der Schalter 52 wird von der Steuereinheit 34 angesteuert.

Die Anschlüsse 40,42 des Ultraschallwandlers 12 sind darüber hinaus mit dem Eingangsanschlüssen 54,56 eines Mess Verstärkers 58 elektrisch verbunden, wobei in den beiden elektrischen Verbindungsleitungen Entkopplungskondensatoren 60,62 geschaltet sind. Am Eingang des Messverstärkers 58 befindet sich eine Schutzbeschaltung aus Dioden 64 sowie eine Beschaltung zur Defini- tion des Eingangspotentials des Mess Verstärkers 58 mittels Widerständen 66. Der Ausgang 68 des Messverstärkers 58 ist mit einer Signalverarbeitungs- und Auswerteschaltung 70 verbunden, an deren Ausgang 72 ein empfangenes Echosignal repräsentierendes Ausgangssig nal ansteht, das appl ikationsabhän- gig weiter verarbeitet wird, und zwar vorzugsweise außerhal b der Ansteuer- und Auswerteeinheit 16.

Die Schalterstel l ungen der Voll brückenschaltung 18 während eines Sendeintervalls sind in den Fig n . 2 und 3 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Schalter 20 und 22 bzw. 24 und 26 wechselweise ein- und ausgeschaltet werden, so dass der Ultraschallwand ler 12 entsprechend angesteuert und sein Schwingelement 14 in Schwingungen versetzt wird . Zu d iesem Zeitpunkt ist der Schalter 52 ausgeschaltet, d . h . der Dämpfungswiderstand 50 ist nicht aktiv; er könnte al lerd ings aktiv geschaltet, also mit Masse verbunden sein . Wäh rend des Sen- deintervalls liegt das Ansteuersignal für den Ultraschal lwandler 12 auch am Eingang des Messverstärkers 58 an . Die Eingangsschutzstruktur ( Dioden 64) sorgt dafü r, dass der Messverstärker 58, der eine recht g roße und sich mit der Zeit verg rößernde Verstärkung aufweist, nicht zerstört wird . Auch die beiden Entkoppl ungskondensatoren 60,62 begrenzen den Strom in den Eingang des Mess Verstärkers 58 hinein .

M it Beend ig ung des Sendeinterval ls wird der Dämpfungswiderstand 50 aktiv geschaltet, indem der Schalter 52 geschlossen wird . Ebenso werden die beiden Schalter 22 und 26 der Voll brückenschaltung 18 geschlossen, so dass, auf den Ultraschal lwandler 12 bezogen, dessen Eingangsanschlüsse 40,42 über die Parallelschaltung aus der Spannungsbegrenzungseinheit 44 und dem Dämpfungswiderstand 50 verbunden sind . Während der Anfangsphase des Emp ^¬ fangsintervalls also unmittel bar nach Beendig ung des Sendeinterval ls schwingt das Schwingelement 14 aus. Während dieser Ausschwing phase wird das vom Ultraschal lwandler 12 ausgegebene Sig nal d urch die Beschaltung mittels des Dämpfungswiderstandes 50 gedämpft. Ferner wird über die Spannungsbeg renzungseinheit 44 der Signal hub am Eingang 54,56 des Mess Verstärkers 58 beg renzt (nämlich auf die Durchlassspannung der Dioden 46,48) . Diese Situation ist in Fig . 7 gezeigt; im unteren Diagramm ist der Verlauf des Sig nals am Ausgang 68 des Messverstärkers 58 ge- zeigt, während das obere Diagramm das Ansteuersignais für den Ultraschall ^¬ wandler 12 zeigt. Zu erkennen ist, dass mit Beend ig ung des Sendeinterval ls die Spannungsbeg renzung d urch die Spannungsbegrenzungseinheit 44 wirksam wird . Wie bereits oben erwähnt, d ient der Dämpfungswiderstand 50 (oder al lgemein die Mod ulation des Widerstandes bzw. der Impedanz der Ansteuer- und Auswerteeinheit 16) zur Verkürzung der Ausschwing phase des Schwingelements 14. Sobald die Spann ung am Ausgang des U ltraschal lwandlers 12 (oder am Ausgang 68 des Messverstärkers 58) eine Deaktivierungsschwelle (siehe DEAKTIV in Fig . 7 unten) unterschreitet, wird der Schalter 52 wieder geöffnet, so dass der Dämpfungswiderstand 50 inaktiv geschaltet ist. Dies ist in Fig . 5 gezeigt.

Weitere Maßnahme oder aber auch als Alternative zum Dämpfungswiderstand 50 bietet es sich an, die Ausschwingphase d urch das gezielte Anlegen von Dämpfungspulsen an den Ultraschallwand ler 12 innerhal b von dessen Ansteuersig nal phase zu reduzieren . Die sich daraus ergebenden Signalverläufe DRV1 und dem Ansteuersignal des Messverstärkers 58 sind in Fig . 8 oben bzw. unten gezeigt. Die Dämpfungspulse sind dabei im oberen Diag ramm der Fig . 8 bei 74 und 76 sowie 78 gezeigt. Zu erkennen ist, dass das Ausgangssig nal des Messverstärkers 58 zeitlich eher als ohne Dämpfungspulse (siehe Fig . 7 unten) die Deaktivierungsschwelle DEAKTIV zum Abschalten des Dämpfungswiderstands 50 erreicht. Die Dämpfungspulse, die über die Vol lbrückenschaltung 18 auf den Ultra ^¬ schal lwandler 12 gegeben werden, sol lten dabei in Idealfal l um 180° phasenverschoben zu r Phase des Ausschwingens des Schwingelements 14 sein . Al ler ^¬ dings besteht d ie Problematik darin, dass die exakte Phasen lage des Schwing- elements 14 durch Untersuchung des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers 12 nicht so ohne Weiteres ermittelbar und allenfalls abschätzbar ist. Anhand des elektrischen Ersatzschaltbildes des Ultraschallwandlers 12 gemäß Fig . 6 ist dies nachvollziehbar. Das Ersatzschaltbild umfasst eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R einer Kapazität Ci und einer Induktivität L. Parallel dazu befindet sich noch eine weitere Kapazität C ₂ . Die Phasenlage des Stroms durch die Induktivität L würde das Ausschwingen des Schwingelements 14 repräsentieren. Allerdings weicht die Phasenlage dieses Stroms von der Phasenlage der Perioden der Schwingungen des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers 12 ab. Wenn also beispielsweise durch einen Phasenlagendetektor 80, der zweckmäßigerweise als Nulldurchgangsdetektor ausgebildet und ferner Bestandteil der Signalverarbeitung- und Auswerteschaltung 70 sein kann, die Phasenlage des Ausgangssignals des ausschwingenden Ultraschallwandlers 12 detektiert wird, kann ein entsprechendes Setzen eines Dämpfungspulses mit entsprechender Phasenlage gezielt zu einer Dämpfung des Ausschwingens des Schwingelements 14 genutzt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Schwingelement 14 beim Ausschwingen seine Eigenfrequenz annimmt, was aber nicht notwendigerweise der Fall bei der Ansteuerung des Ultraschallwandlers 12 der Fall sein muss. Außerdem ist die Eigenfrequenz des Ultra- schallwandlers 12 bzw. des Schwingelements 14 temperatur- und alterungsabhängig, kann also im Vorhinein nicht als bekannt bzw. gegeben angenommen werden. Aus diesem Grund sollte also eine Untersuchung der Phasenlage der Schwingungen des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers 12 erfolgen, um dann aus diesem Signal die Phasenlage des Schwingelements 14 abzulei- ten bzw. abzuschätzen, um dann wieder um im Idealfall 180° phasenverschoben zur Schwingung des Schwingelements 14 den einen oder die mehreren Dämpfungspulse zu setzen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 oben wurden insgesamt drei Dämp- fungspulse 74,76 und 78 (Einzelpulse) gesendet, wobei der dritte Dämpfungspuls 78 eine verringerte Energie aufweist. Beim Senden der Dämpfungspulse (Anzahl und Energie) sollte darauf geachtet werden, dass die Dämpfungspulse nicht fehlerhafterweise zur Anregung des Schwingelements 14 führen, was kontraproduktiv wäre.

Die Dauer eines/jedes Dämpfungspulses 74,76,78 ist fest eingestellt und ist gleich der Hälfte J 2 der Anregungsperiode t _A des Schwingelements 14. Wegen der bauteiltoleranzbedingten Unterschiede von Anregungs- und Eigenfrequenz ist somit ein/jeder Dämpfungspuls kürzer oder länger als die Hälfte tE/2 der Eigenschwingungsperiode t _E des Schwingelements 14 in der Ausschwingphase (siehe Fig . 9 als vergrößerter Ausschnitt IX des Zeitverlaufs der Schwingung des Schwingelements 14 in der Übergangsphase am Ende eines Sendeintervalls und zu Beginn eines Empfangsintervalls mit den Nulldurchgängen 82 in der Ausschwingphase. Aus Gründen der besseren Erkennbarkeit des Einnehmens der Eigenfrequenz des Schwingelements 14 nach dem Sendeintervall schwingt das Schwingelement 14 in der vereinfachten Darstellung der Fig . 9 bereits nach zwei Schwingungen bei seiner Eigenfrequenz.

Fig . 9 zeigt nochmals im unteren Diagramm das (bis zum Ende der Ausschwingphase übersteuerte) Signal am Ausgang 68 des Messverstärkers 58, das sich zeitlich zusammensetzt aus den Ansteuersignalen der Vollbrücken- Schaltung 18 während eines Sendeintervalls, dem Ausschwingsignal des Schwingelements 14 in der Ausschwingphase und möglichen Echo (wie z. B. bei 84 gezeigt), die während der sich an die Ausschwingphase anschließenden Phase eines Empfangsintervalls detektierbar sind . Im oberen Diagramm der Fig . 9 ist nochmals dargestellt, wie sich das Ansteuersignal an DRV1 und damit am Eingang des Messverstärkers 58 darstellt. In dem Beispiel der Fig . 9 oben erkennt man, dass mit Beendigung des Sendeintervalls die Spannungsbegren- zungseinheit 44 wirksam wird, was sich in einer deutliche Reduktion des Eingangssignals des Messverstärkers wiederspiegelt. Fig . 11 zeigt im oberen Diagramm den Fall, dass die Spannungsbegrenzungseinheit 44 nicht aktiv ge- schaltet ist. Hier wirkt sich aus, dass die beiden Kondensatoren 60,62 am Eingang des Messverstärkers 58 aufgeladen und zunächst entladen werden müssen, was zu dem langsamen Abfall der Eingangsspannung am Messverstärker 58 und Beendigung des Sendeintervalls führt, wodurch der Messverstärker 58 erst verspätet in seinen Arbeitspunkt gelangt, um, wenn er diesen eingenommen hat, auf Echos 84 zurückzuführende Ausganssignale des Ultraschallwandlers 12 verstärken zu können . Durch die Spannungsbegrenzungseinheit 44 wird also der Messverstärker 58 im Wesentlichen mit Beendigung des Sende- Intervalls in seinen Arbeitspunkt überführt.

Wenn der Messverstärker 58 seinen Arbeitspunkt eingenommen hat, verstärkt er gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung die Eingangssignale mit geringstmöglichem Verstärkungsfaktor, so dass sich am Ausgang 68 des Verstärkers 58 keine Übersteuerung einstellt. Zeitgesteuert von der Steuereinheit 34 wird dann der Verstärkungsfaktor des Messverstärkers 58 vergrößert, so dass auch von weiter entfernt kommende Echosignale, die entsprechend niederenergetisch sind, noch ausreichend verstärkt werden können, um dann in der Signalverarbeitungs- und Auswerteschaltung 70 detektiert zu werden . Durch die niedrige Verstärkung von Echosignalen im Nahbereich wird überdies verhindert, dass bei der Applikation des Ultraschallmesssystems 10 für eine Fahrzeug-Parkhilfe Bodenechos als von Hindernissen stammende Echosignale und damit fehlerhafterweise erkannt werden . Diese Bodenechosignale kommen aus dem Nahbereich und werden, da die Verstärkung des Messverstärkers 58 nur gering ist, eben gerade kaum verstärkt.

BEZUGSZEICHENLISTE Ultraschallmesssystem

Utraschallwandler

Schwingelement des Ultraschallwandlers

Ansteuer- und Auswerteinheit

Vollbrückenschaltung

Schalter

Schalter

Schalter

Schalter

Knotenpunkte

Ladungspumpe

(optionale) Stromquelle

Steuereinheit

Knotenpunkt

Knotenpunkt

Anschluss (Eingangs- bzw. Ausgangsanschluss) des Ultraschallwandlers Anschluss (Eingangs- bzw. Ausgangsanschluss) des Ultraschallwandlers Spannungsbegrenzungseinheit

Diode

Diode

Dämpfungswiderstand

Schalter

Eingangsanschluss (Eingang) des Messverstärkers

Eingangsanschluss (Eingang) des Messverstärkers

Messverstärker

Entkopplungskondensator

Entkopplungskondensator

Schutzdioden

Widerstände

Ausgang des Messverstärkers

Signalverarbeitungs- und Auswerteschaltung 72 Ausgang der Auswerteschaltung

74 Dämpfungspuls

76 Dämpfungspuls

78 Dämpfungspuls

80 Phasenlagendetektor

82 Nulldurchgang der Schwingung des Schwingelements in der Ausschwing ^¬ phase

84 Echo

Ci Kapazität

C ₂ Kapazität

L Induktivität

R Widerstand