Titel

Betriebsverfahren und Steuereinheit für eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung, Ultraschallsendeempfangseinrichtung und Arbeitsvorrichtung

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren und eine Steuereinheit für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung, eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung als solche sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug.

Im Bereich mobiler Arbeitsvorrichtungen und insbesondere im Fahrzeugbereich finden vermehrt Ultraschallsendeempfangseinrichtungen Einsatz. Diese dienen häufig der Umfelderkennung, zum Beispiel zur Vermeidung von Kollisionen mit im Umfeld einer Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs befindlichen Objekten.

Beim Einsatz von Ultraschallwandlern als sendendes und als empfangendes Element kommen bei deren Betrieb vermehrt Betriebsverfahren mit aktiver Dämpfung zum Einsatz. Dabei werden jedoch häufig zusätzliche Maßnahmen und zu deren Verwirklichung entsprechende Aggregate notwendig, mit deren Hilfe über entsprechende Mess- und Regelverfahren Parameter zur Ansteuerung von Gegenpulsen für die Dämpfung zur Erzielung eines möglichst großen Dämpfungserfolges angepasst werden. Dies ist mit einem erhöhten apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand verbunden, wobei Betriebsparameter des schwingenden Systems, wie Amplitude oder Phasenlage, vorab bestimmt und überwacht werden.

Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ohne Kenntnis des konkreten Schwingungsverhaltens des schwingendem Systems einer zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit einfachen Mitteln in zuverlässiger weise eine aktive Dämpfung erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass ein Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung geschaffen wird, bei welchem (i) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung alternativ und insbesondere alternierend in einem Sendebetrieb und in einem Empfangsbetrieb betrieben wird, (ii) die Ultraschallsendeempfangseinrichtung (1) anschließend an einen Sendebetrieb und/oder vor einem Empfangsbetrieb durch Beaufschlagen mit einer Folge von Gegensteuerpulsen aktiv gedämpft wird, (iii) eine Phasenlage und/oder eine Dämpfungsenergie der Folge von Gegensteuerpulsen über ein Training iterativ derart bestimmt oder angepasst werden, (iv) dass ein Maß des

Dämpfungserfolges zumindest temporär einen zumindest lokal optimalen Wert annimmt oder sich diesem Wert annähert.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gestaltet sich dann besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform die Phasenlage der Folge von Gegensteuerpulsen bestimmt oder angepasst wird durch

Festlegen oder Anpassen eines zeitlichen Abstands zwischen einem Ende eines jeweils zuletzt ausgesandten Ansteuerpulses des Sendebetriebs und einem

Beginn eines unmittelbar darauffolgenden Gegensteuerpulses.

Die Dämpfungsenergie der Folge von Gegensteuerpulsen kann durch verschiedene Verfahren ermittelt, festgelegt und/oder angepasst werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen

Betriebsverfahrens wird die Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst durch Festlegen oder Anpassen der Anzahl, der Dauer und/oder der Amplitude der beim aktiven Dämpfen auszugebenen oder ausgegebenen Gegensteuerpulse, insbesondere über ein Festlegen oder ein Anpassen des Verlaufs und/oder der

Amplitude einer ein Schwingungselement der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung erregenden elektrischen Spannung und/oder einer elektrischen Stromstärke.

Besonders einfache Verhältnisse stellen sich bei einer anderen

Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ein, wenn die

Dämpfungsenergie bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines beim aktiven Dämpfen zuletzt ausgesandten Gegensteuerpulses. Eine weitere Vereinfachung lässt sich erreichen, wenn gemäß einer anderen

Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens bei einem Verschwinden eines zuletzt auszusendenden oder ausgesandten

Gegensteuerpulses beim aktiven Dämpfen durch Reduktion der Pulsbreite die Dämpfungsenergie weiter bestimmt oder angepasst wird durch Festlegen oder Anpassen der Pulsbreite eines vorletzten auszusendenden oder ausgesandten

Gegensteuerpulses.

Auch hinsichtlich der Ermittlung des Dämpfungserfolges beim aktiven Dämpfen können unterschiedliche Konzepte zum Tragen kommen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen

Betriebsverfahrens wird ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt über eine Zeitspanne vom Zeitpunkt des Endes eines letzten Ansteuerpulses bis zum Zeitpunkt des Absinkens der Schwingungsamplitude bei der

Ultraschallsendeempfangseinrichtung unterhalb eines vorgegebenen

Schwellenwerts, insbesondere durch Minimierung und/oder durch Optimierung.

Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ein Maß für den Dämpfungserfolg ermittelt wird durch Bestimmen eines Integrals unter einem oder eines Schwingungssignals oder der Einhüllenden des Schwingungssignals der Ultraschallsendeempfangseinrichtung und insbesondere eines

Schwingungselements der zu Grunde liegenden

Ultraschallsendeempfangseinrichtung, von einem Startzeitpunkt bis zu einem Endzeitpunkt, bei welchem Wert des Schwingungssignals oder der Einhüllenden des Schwingungssignals unter einen vorgegebenen Schwellenwert abgefallen ist, insbesondere durch Minimierung und/oder durch Optimierung. Das Trainingsverfahren als solches bietet ebenfalls mannigfache Möglichkeiten der Anpassung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.

So kann es vorgesehen sein, dass ein Training ausgeführt wird bei einem Erststart der zu Grunde liegenden Ultraschallsendeempfangseinrichtung und/oder bei einem erneuten Start nach einer Betriebsunterbrechung oder nach einer Betriebspause der zu Grunde liegenden

Ultraschallsendeempfangseinrichtung.

Auch wenn bereits ein Training beim Betriebsverfahren für eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung ausgeführt wurde, so ergeben sich weitere Vorteile, wenn - gemäß einer anderen Ausgestaltungsform - nach einem Training und insbesondere während des Betriebs der zu Grunde liegenden

Ultraschallsendeempfangseinrichtung die Phasenlage und/oder die

Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter in einem Regelbetrieb nachjustiert werden.

Ein Training und/oder ein Regelbetrieb können ausgeführt werden, indem

- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter zunächst jeweils mit einer Grobeinstellung und nachfolgend jeweils gegebenenfalls mit einer Feineinstellung festgelegt oder angepasst werden, - die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter mittels Intervallhalbierung in einem Suchfenster im jeweiligen

Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden,

- die Phasenlage und/oder die Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter in einer festen Anpassungsrichtung zunächst durch positive oder negative

Inkrementierung und nachfolgend durch negative bzw. positive

Inkrementierung in einem Suchfenster im jeweiligen Parameterbereich festgelegt oder angepasst werden, und/oder - nach jedem Festlegen oder Anpassen der Phasenlage und/oder der

Dämpfungsenergie als Dämpfungsparameter das Maß des

Dämpfungserfolges bestimmt und geprüft wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung, welche eingerichtet ist, ein

Betriebsverfahren für eine Ultraschallsendeempfangseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.

Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine

Ultraschallsendeempfangseinrichtung mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinrichtung.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch noch eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug, welche mit einer erfindungsgemäß

ausgestalteten Ultraschallsendeempfangseinrichtung zur Erfassung eines Umfelds der Arbeitsvorrichtung bzw. des Fahrzeugs ausgebildet sind.

Kurzbeschreibung der Figuren

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß

ausgebildeten Ultraschallsendeempfangseinrichtung nach Art eines Blockdiagramms; Figur 2 zeigt schematisch eine Folge von Steuerpulsen, gefolgt von einer Folge von Gegensteuerpulsen in ihrem zeitlichen Verlauf; zeigt schematisch Folgen von Gegensteuerpulsen mit unterschiedlicher Dämpfungsenergie, eingestellt über die Pulsbreite eines finalen Gegensteuerpulses;

Figuren 4 und 5 zeigen Graphen zur Berechnung eines Maßes für den

Dämpfungserfolg; Figur 6 zeigt einen Graphen zur Illustration des Dämpfungserfolges bei der aktiven Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung; Figuren 7 bis 9 zeigen Graphen zur Illustration eines konkreten

Trainingsalgorithmus';

Figur 10 veranschaulicht schematisch Aspekte eines

Trainingsalgorithmus mit verschiedenen Startwerten für Dämpfungsenergie und Offset;

Figur 1 1 veranschaulicht nach Art eines Flussdiagramms eine

Ausführungsform für den Regelbetrieb.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 11

Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung, die nach Art eines Blockdiagramms, eine erfindungsgemäß ausgebildete Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 zeigt.

Diese Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 weist (i) eine Steuereinheit 10, welche eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Betriebsverfahrens auszuführen, (ii) eine Signalerzeugungseinheit 20, (iii) einen Ultraschallwandler 30, der auch als schwingungsfähiges Element und/oder als Sensor aufgefasst werden kann, sowie (iv) eine Erfassungseinheit 40 auf, wobei letztere eingerichtet ist, zur Ermittlung des Maßes eines Dämpfungserfolges die Amplitude des Ultraschallwandlers 30 als schwingungsfähiges System zu erfassen. Die Steuereinheit 10 ist über eine erste Erfassungs- und Steuerleitung 11 mit der Signalerzeugungseinheit 20 und über eine zweite Erfassungs- und Steuerleitung 12 mit der Erfassungseinheit 40 verbunden, um deren Zustand zu erfassen und ihren Betrieb zu steuern. Über erste bis dritte Erfassungs- und Steuerleitungen 21 , 22 und 23 ist die Signalerzeugungseinheit 20 einerseits mit dem

Ultraschallwandler 30 und andererseits mit der Erfassungseinheit 40 verbunden. Dabei dienen die erste und die zweite Erfassungs- und Steuerleitung 21 bzw. 22 im Sendebetrieb der Ansteuerung des Ultraschallwandlers 30 als Sender für die Erzeugung und Aussendung von Primärschall 31 in ein Umfeld 50 und andererseits im Empfangsbetrieb der Erfassung von vom Ultraschallwandler 30 aus empfangenem Sekundärschall 32 abgeleiteten Empfangssignalen., Dabei kann der Sekundärschall 32 unter anderem an einem Objekt 53 im Umfeld 50 reflektierten Schall, also ein Echo des Objekts 53, aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 10 dazu eingerichtet, anschließend an einen Sendebetrieb oder an einen Abschnitt des Sendebetriebs, bei welchem Sendepulse in Form von Primärschall 31 durch den Ultraschallwandler 30 ausgesandt werden, zu veranlassen, dass entsprechende Gegensteuerpulse durch die Signalerzeugungseinheit 20 generiert und an den Ultraschallwandler 30 weitergeleitet werden, um dessen vom Sendebetrieb stammenden

Schwingungszustand zu dämpfen.

Über erste und zweite Erfassungs- und Steuerleitungen 41 und 42 kann dieser Schwingungszustand des Ultraschallwandlers 30 von der Erfassungseinheit 40 erfasst werden, um so den Dämpfungserfolg durch Beaufschlagung mit den

Gegensteuerpulsen bewerten zu können.

Figur 2 zeigt schematisch in einem Graphen eine Folge von Steuerpulsen 33, gefolgt von einer Folge von Gegensteuerpulsen 35 in ihrem zeitlichen Verlauf mit auf der Abszisse aufgetragener Zeit t. Zu erkennen ist, dass der Beginn des ersten Gegensteuerpulses 35 in Bezug auf das Ende des letzten Steuerpulses 33 mit einem zeitlichen Offset 37 verzögert erfolgt, wodurch die Phasenlage der Abfolge der Gegensteuerpulse 35 in Bezug auf die Ansteuerpulse 33 definiert wird. Die Dämpfungsenergie der Abfolge der Gegensteuerpulse 35 wird bei gleicher Pulshöhe der einzelnen Gegensteuerpulse 35 bestimmt durch die

Pulsbreite 38. Zur Einstellung der Dämpfungsenergie wird insbesondere die Pulsbreite 39 des letzten Gegensteuerpulses 36 um die zentrale Lage des letzten Gegensteuerpulses 36 herum vermindert

Figur 3 zeigt schematisch einen Graphen mit Folgen von Gegensteuerpulsen 35 mit unterschiedlicher Dämpfungsenergie, eingestellt über die Pulsbreite 39 eines finalen Gegensteuerpulses 36. Auf der Abszisse ist jeweils die Zeit t aufgetragen. Im oberen Bereich der Figur 3 sind die Pulsbreiten 38 der vorangehenden Gegensteuerpulse 35 und die Pulsbreite 39 des finalen Gegensteuerpulses 36 identisch, im unteren Bereich der Figur dagegen ist die Pulsbreite 39 des finalen Gegensteuerpulses 36 halbiert.

Figuren 4 und 5 zeigen Graphen 55 zur Berechnung eines Maßes für den Dämpfungserfolg.

Im Zusammenhang mit Figur 4 wird der Dämpfungserfolg durch eine

Schwellenwertmethode beurteilt. Auf der Abszisse 56 ist die Zeit t und auf der Ordinate 57 ein Maß für die Amplitude A des schwingungsfähigen System des Ultraschallwandlers 30 aufgetragen. Gezeigt ist jeweils eine Spur 58 mit einzelnen Messpunkten 59. Der Zeitpunkt t1 kennzeichnet das zeitliche Ende des letzten Sendepulses 33. Der Zeitpunkt t2 kennzeichnet das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts As durch die Amplitude A.

Beim Graphen 55 gemäß Figur 5 wird nicht auf einen Schwellenwert As für die Amplitude A zurückgegriffen, sondern auf einen Integralwert I unter der Spur 58 zwischen einem Startzeitpunkt t2-1 und einem Endzeitpunkt t2-2 der Integration und nach dem Ende t1 des letzten Sendepulses 33.

Figur 6 zeigt einen Graphen 60 zur Illustration des Dämpfungserfolges bei der aktiven Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Auf der Abszisse 61 ist der Wert des Offsets 37 in Mikrosekunden und auf der Ordinate 62 in Pfeilrichtung, also nach unten, die Dämpfungsenergie

aufgetragen. Es zeigen sich Bereiche 63 optimaler Dämpfung sowie Bereiche 64 mit ungeeigneter Dämpfung im gesamten Parameterraum.

Figuren 7 bis 9 zeigen Graphen 70, 80 und 90 zur Illustration eines konkreten Trainingsalgorithmus'. Bei Figur 7 zeigt der Graph 70 mit auf der Abszisse 71 aufgetragenem Offset 37 und mit auf der Ordinate 72 aufgetragener Amplitude des schwingungsfähigen Systems des Ultraschallwandlers 30 eine Spur 73 mit einzelnen Messpunkten 74 mit einem Bereich 75 im Parameterraum, der einem Minimum der Amplitude A und somit einem Optimum der Dämpfung entspricht. Die Richtungen der Pfeile 76 und 77 geben mögliche Richtungen der Optimierung bei Veränderung des Offsets 37 beim Training, ausgehend von einem Startwert, an.

Die Figuren 8 und 9 die Energiesuche durch Intervallhalbierung bzw. die

Feinjustierung von Offset und Energie, wie dies unten weiter im Detail erläutert ist.

Bei diesem in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Trainingsverfahren erfolgt zunächst in einer ersten Phase die Suche nach einer Tallage der Amplitude, also einem Minimum, und nach einem entsprechenden Wert für den Offset, der zu diesem Minimum führt. Zunächst wird ein vorgegebener Suchbereich 76 in Form eines Suchfensters zum Beispiel mit einer Spannweite von +- 4 oder 6 με in Schritten von 2 με durchfahren, wobei abgebrochen wird nach einem zweimaligen Anstieg oder Anwachsen der Amplitude A in einer Richtung der Veränderung des Offsets.

Dann erfolgt in einer zweiten Phase die Suche nach einer optimierenden Energie mittels Intervallhalbierung, d.h. durch Anpassung der Pulsbreite 39 eines finalen Gegensteuerpulses 36 gemäß den Figuren 2 und 3. Dies erfolgt mittels

Intervallhalbierung bis 4 με. Bei 4 με wird der zweite Schuss nur optional durchgeführt.

Dann erfolgt in einer dritten Phase die Feinabstimmung des Offsets 37, nämlich durch bedingte Schritte mit 2 με Schrittweite und bedingte Schritte mit 1 με Schrittweite in der Änderung des Offsets 37.

Schließlich erfolgt in einer vierten Phase des Trainings eine Feinjustierung der Dämpfungsenergie, zunächst durch bedingte Schritte mit 2 με Schrittweite in der die Dämpfungsenergie bestimmenden Pulsbreite 39 des finalen

Gegensteuerpulses 36 und dann durch bedingte Schritte mit 1 με Schrittweite in der Änderung der Dämpfungsenergie. Als fünfter Schritt erfolgt die Validierung ohne aktive Dämpfung, gegebenenfalls mit Rücksetzen der Werte der Dämpfungsenergie auf ein Minimum.

Figur 10 veranschaulicht in einem Graphen 100 mit dem Offset 37, aufgetragen auf der Abszisse 101 und der Dämpfungsenergie aufgetragen auf der Ordinate

102 schematisch Aspekte eines Trainingsalgorithmus mit verschiedenen

Startwerten 105 und 106 für Dämpfungsenergie bzw. Offset 37. Dargestellt ist wieder ein Bereich 103 im Parameterraum, welcher einem Optimum für die Dämpfung entspricht.

Figur 1 1 veranschaulicht nach Art eines Flussdiagramms eine Ausführungsform eines Verfahrens S für den Regelbetrieb.

Dieses Verfahren S besteht neben dem Festsetzen S1 eines Schwellenwerts für das Dämpfungsergebnis aus aufeinanderfolgenden Schritten S3 bis S6 einer

Offsetanpassung und einer Energieanpassung, jeweils mit positiver und negativer Inkrementierung des jeweiligen Parameters Offset oder

Dämpfungsenergie. Dabei wird jeweils in einem ersten Teilschritt S3-1 , S4-1 , S5- 1 , S6-1 das Dämpfungsergebnis bei positiver bzw. negativer Inkrementierung mit einer vorgegebenen Schrittweite ermittelt. In einem nächsten Schritt S3-2, S4-2,

S5-2, S6-2 wird geprüft, ob die Anzahl von Wiederholungen einer maximalen Wiederholungszahl entspricht. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine erneute

Anpassung. Ist die Maximalzahl von Durchläufen erreicht, wird im jeweiligen Schritt S3-3, S4-3, S5-3, S6-3 geprüft, ob das Dämpfungsergebnis besser ist als ein gewünschter Schwellenwert. Ist dies der Fall, so wird in einem nachfolgenden

Schritt S3-4, S4-4, S5-4, S6-4 der zum optimalen Dämpfungsergebnis führende Offset oder die entsprechende Energie als neuer optimierender Wert

gespeichert. Andernfalls wird im vorangehenden Schritt zum nächsten

Verarbeitungsschritt, das heißt von S3 nach S4, von S4 nach S5, von S5 nach S6 bzw. von S6 nach S1 gewechselt.

Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:

Wegen des Ausschwingens des Sensorelementes, aufgefasst als

schwingungsfähiges Element 30 einer Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 , ist eine Detektion von Objekten im Umfeld 50 einer mit einer Ultraschallsendeempfangseinrichtung 1 ausgestatteten Arbeitsvorrichtung, zu Beispiel einem Fahrzeug, unmittelbar nach einer Sendeansteuerung nicht möglich.

Daraus resultiert eine Totzeit, in der sehr dicht am Sensor 30 platzierte Objekte 53 nicht detektiert werden können. Die Länge der Ausschwingphase des Sensors 30 bestimmt dabei die Länge der Totzeit.

Mittels aktiver Dämpfung können die Ausschwingphase und damit die nicht nutzbare Totzeit bei einem Sensor 30 verkürzt werden.

Für den Erfolg der aktiven Dämpfung ist die Phasenlage der so genannten Gegensteuerpulse als Dämpfungspulse sehr wichtig. Diese muss für einen maximalen Dämpfungserfolg 180° betragen. Nur leichte Abweichungen der Phasenlage führen dabei zu einem Verlust des Dämpfungserfolgs.

Neben der Phasenlage ist die zugeführte Dämpfungsenergie ebenso

entscheidend für den Dämpfungserfolg. Eine zu hohe Dämpfungsenergie führt zu einem Aufschwingen, zu wenig Dämpfungsenergie zu einer unzureichenden Dämpfung.

Eine effektive Dämpfung bedingt also die Notwendigkeit für eine exakte

Einstellung der beiden Parameter Dämpfungsenergie und Phasenlage der Gegensteuerpulse.

Eine präzise Einstellung der Parameter kann erreicht werden, indem Phase und Amplitude der zu dämpfenden Schwingung explizit ermittelt werden und mit diesen Werten eine instantane Gegenschwingung erzeugt wird. Diese bekannten Maßnahmen, die zum Beispiel bei aktiven Noise-Cancelation-Kopfhörern oder ähnlichen Geräten eingesetzt werden, sollen wegen ihres verfahrenstechnischen und apparativen Aufwandes erfindungsgemäß vermieden werden.

Bei Ultraschallwandlern 30 im Kraftfahrzeugbereich werden Transformatoren zum Erzeugen der Sendespannungen genutzt. Diese bedingen eine elektrische Beschaltung, die auch als paralleler Resonanzkreis bekannt ist. Die Folge dieser Beschaltung ist, dass die Phase und die Amplitude der mechanischen

Schwingung nicht durch die Empfangsschaltung bestimmt werden können und obige Verfahren zur Erzeugung der Gegenschwingung nicht angewandt werden können.

Die Vorgabe einer definierten Gegenphase und Gegenamplitude in Abhängigkeit von der Anregefrequenz scheitert ebenso, da die Sensoren 30 fertigungsbedingt eine unterschiedliche Dämpfung und Eigenresonanz aufweisen und nach der Anregung ein Übergang zu dieser Eigenfrequenz stattfindet. Zudem sind Eigenresonanz und Dämpfung temperaturabhängig und verändern sich während des Betriebs.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für den Betrieb von Ultraschallsendeempfangseinrichtungen 1 mit aktiv gedämpften

Ultraschallsensoren 30 anzugeben, welche ohne Kenntnis der Phase und Amplitude der zu dämpfenden Schwingung besonders effektiv sind.

Ein Kernaspekt der vorliegenden Erfindung ist (a) die Art der Gegensteuerung bezogen auf die gewünschte Dämpfungsenergie sowie (b) die Angabe eines Trainingsbetriebs und eines Regelbetriebs S mit Bestimmung der Parameter Dämpfungsenergie und Phasenlage, die es erlauben, ein Dämpfungsoptimum über die gesamte Betriebs- und Lebensdauer eines zu Grunde liegenden Sensors zu gewährleisten.

Für das Dämpfungsoptimum ist, wie oben dargelegt wurde, die Einstellung der Gegenphasenlage und der zugeführten Gegensteuerpulse notwendig.

Für den Betrieb ist es wünschenswert, dass diese physikalischen Größen durch lineare Maßzahlen oder Parameter dargestellt werden, um den Dämpfungserfolg eindeutig auf eine bestimmte Parameterkombination zurückführen zu können.

Die Dämpfungsenergie kann variiert werden durch Anpassung

(a) der Anzahl der Gegendämpfungspulse,

(b) der Dauer der Gegendämpfungspulse und/oder

(c) des Ansteuerstroms der Gegendämpfungspulse. Für die Beschreibung des Parameterraums ist es wünschenswert, eine Maßzahl zu generieren, die linear von der Dämpfungsenergie abhängt, also beispielweise die Zahl der Pulse gleich zu belassen und nur den Ansteuerstrom zu verändern.

Für die praktische Umsetzung hat sich eine Kombination aus (a) und (b) als besonders vorteilhaft erwiesen und ist auch einfacher zu realisieren als eine Stromregelung.

Die Dauer der Gegendämpfungspulse wird dabei so verändert, dass die

Pulsbreite des letzten Gegenpulses um die Mittellage bis zu einer maximalen Pulsbreite eingestellt wird, wie dies im Zusammenhang mit Figur 2 und 3 dargestellt ist.

Die maximale Pulsbreite ist durch die Periodendauer der Gegensteuerfrequenz gegeben, die über einen Vorgabeparameter definiert wird. Mit abnehmender Pulsbreite wird damit weniger Dämpfungsenergie zugeführt. Soll die

Dämpfungsenergie noch weiter reduziert werden, entfällt im Schema der letzte Puls und die Pulsbreite des vormals vorletzten Pulses wird entsprechend variiert.

Die Prozedur lässt sich bis zur Pulsbreite„0" fortsetzen.

Um eine lineare Maßzahl für die Dämpfungsenergie zu erhalten wird die

Gesamtdauer der Pulsbreiten aller Gegensteuerpulse verwendet.

Die Phasenlage des ersten Gegensteuerpulses kann durch eine Zeit gemessen in Mikrosekunden dargestellt werden, wobei die Zeit der Differenz zwischen dem Start des Gegensteuerpulses und dem Ende des letzten Ansteuerpulses aus einer Sendephase definiert werden kann.

Die Phasenlagen der nachfolgenden Gegensteuerpulse können in gleicher Weise charakterisiert werden. So ergibt sich ein mehrdimensionaler

Parameterraum.

Um den Parameterraum und damit die Komplexität des Verfahrens gering zu halten, kann auch nur die Phasenlage des ersten Gegensteuerpulses variiert werden und die Phasenbeziehungen zwischen den Gegensteuerpulsen konstant gehalten werden. Damit ergeben sich nur zwei Parameter. Dämpfungserfolg

Der Dämpfungserfolg lässt sich durch Messen der Nachschwingdauer über ein Unterschreiten einer definiert vorgegebenen und gegebenenfalls festen Schwelle ermitteln.

Nachteilig ist bei dieser Vorgehensweise, dass sich das Ausschwingen mit dem Echo vom Objekt 53 überlagern kann, wenn sich ein Objekt 53 in der Nähe eines zu Grunde liegenden Sensors 30 befindet.

Für diesen Fall charakterisiert das Unterschreiten einer vordefinierten Schwelle nun nicht mehr das Nachschwingen und der Dämpfungserfolg ist nicht messbar.

Vorteilhafter ist es daher, den Dämpfungserfolg dadurch zu ermitteln, dass ein Intergral der Schwingungsamplituden in einem Intervall in der Nähe des zu erwartenden Nachschwingoptimums bestimmt wird, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.

Befindet sich ein Objektecho in diesem Intervall, dann kann der Dämpfungserfolg dennoch bestimmt werden, da sich die Nachschwingamplituden zu den

Objektechoamplituden addieren.

Der Dämpfungserfolg lässt in Abhängigkeit vom die Phase charakterisierenden Offset, im Weiteren als Parameter„Offset" bezeichnet, und Dämpfungsenergie, im Weiteren als Parameter„Energie" bezeichnet, darstellen, wie dies in der Darstellung der Figur 6 erläutert ist.

Man erkennt, dass sich Dämpfungsoptima nur bei geeigneter Kombination von Offset und Energie einstellen.

Trainingsphase

Auf Grund der Temperatur- und Bauteilabhängigkeit müssen die

Dämpfungsparameter bei Betriebsstart jeweils neu bestimmt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass die Parameter im gesamten Lösungsraum variiert werden und dazu der Dämpfungserfolg bestimmt wird. Um die Zahl der benötigten Versuche, also die Anzahl der Sendepulse möglichst gering zu halten, wird das Training in unterschiedlichen Schritten oder Phasen durchgeführt, zum Beispiel mit den Schritten

(a) grobes Training für den Offset,

(b) grobes Training für die Energie,

(c) Feineinstellung für den Offset,

(d) Feineinstellung für die Energie und

(e) Validierung der ermittelten Werte für Offset und Energie ohne aktive

Dämpfung.

Eine Grundidee des Algorithmus besteht darin, jeden Parameter einzeln zu variieren und diesen in einem ersten Schritt zunächst in großen Schrittweiten und ausgehend von einer initialen Startparametrisierung zu verändern, dann in einem zweiten Schritt beide Parameter in kleinen Schrittweiten fein zu justieren und abschließend den Dämpfungserfolg ohne aktive Dämpfung zu vergleichen, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 10 dargelegt ist.

Grobes Training / Grobjustierung

Für das grobe Training von Offset wird der Parameter Offset in großen Schritten, typischerweise 2 bis 6 Mikrosekunden in einem vordefinierten Intervall variiert. Dabei wird nach jedem Schuss der Dämpfungserfolg berechnet und mit dem vorherigen Ergebnis verglichen. Ausgehend von dem initialen Startwert wird der Parameter zunächst in einer Richtung - z.B. zu größeren Werten hin - variiert. Ist nach zwei oder einer anderen festgelegten endlichen Anzahl von Schritten kein Dämpfungserfolg zu verzeichnen, wird der Parameter in die andere Richtung, also z.B. zu kleineren Werten hin verändert, und das Dämpfungsergebnis wird ermittelt. Der Vorgang wird solange in einer Richtung wiederholt, bis sich nach zwei aufeinander folgenden Schritten kein verbesserter Dämpfungserfolg mehr einstellt oder die vordefinierte Intervallgrenze für den Parameter erreicht ist. Die Einstellung des Parameters mit dem größten Dämpfungserfolg wird gespeichert.

Für das grobe Training des Parameters Energie wird ähnlich verfahren. Alternativ dazu kann die Parametereinstellung des größten Dämpfungserfolges mit dem Verfahren der Intervallhalbierung ermittelt werden. Dazu werden immer drei Versuche gemäß der Parameterkombination EO-x, E0, EO+x durchgeführt Der Dämpfungserfolg wird jeweils ermittelt und danach wird die Parameterlage mit dem größten Dämpfungserfolg des Verfahrens mit halbierter Schrittweite x/2 wiederholt. Diese Schritte werden bis zu einer vordefinierten Schrittweite wiederholt.

Nach den Schritten (a) und (b) der Grobjustierung ist der Parameterbereich für den größten Dämpfungserfolg eingegrenzt und es kann die Feineinstellung begonnen werden.

Feinjustierung

Dazu wird wie im Schritt (b) mittels Intervallhalbierung für die Parameter Energie und Offset bis zu einer vordefinierten Minimalschrittweite verfahren.

Überprüfung

Am Ende der Schritte (a) bis (d) wird der Dämpfungserfolg mit einer Einstellung ohne aktive Dämpfung verglichen, um den Gesamterfolg zu bestimmen.

In Abhängigkeit davon kann entschieden werden, den Sensor auch ohne aktive Dämpfung zu betreiben.

Figur 10 zeigt beispielhaft die Parameterkombinationen, die im Training durchfahren werden. Das Training kann entweder bei Neustart des Systems im Fahrzeug oder auch während des Betriebs erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist ein Training bei Startup vor dem eigentlichen

Messbetrieb, da damit die volle Leistungsfähigkeit des Sensors 30 sichergestellt werden kann.

Hierfür kann die oben beschriebene Sequenz für jeden Sensor 30 im System einzeln initiiert und mit schneller Schussfolge - z.B. alle 2 ms bis 5 ms - durchfahren werden.

Wird der Sensor 30 mit Sendepulsen unterschiedlicher Frequenzkodierung durchfahren, ist es weiterhin vorteilhaft, für jeden Sendepulstyp ein Training durchzuführen. Wahlweise kann die Parameterkombination durch ein

Berechnungsverfahren von einem auf den anderen Sendepulstyp übertragen werden.

Regelphase / Regelbetrieb

Auf Grund der Temperaturabhängigkeit müssen die Dämpfungsparameter nicht nur bei Betriebsstart, sondern auch im Messbetrieb überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.

Dazu werden beide Parameter mit sehr geringen Schrittweiten verändert. Z.B. wird mit einer kleinstmöglichen Einstellung z.B. unterhalb von 1 Mikrosekunde der Dämpfungserfolg bestimmt und bei höherem Dämpfungserfolg

gegebenenfalls angepasst.

Um möglichst robust gegenüber kurzzeitigen Störungen zu sein, wird die zu prüfende Parameterkombination mehrmals mit einer vordefinierten Anzahl von Durchgängen oder Schüssen gemessen und erst mit Erreichen einer

signifikanten Verbesserung die neu definierte Parameterkombination als neues Optimum gespeichert.

Die Variation erfolgt Schritt für Schritt, d.h. zunächst wird nur der Parameter Offset geringfügig inkrementiert und damit mehrmals gemessen. Führt diese neue Parameterkombination zu einem höheren Dämpfungserfolg, so wird der Parameter Offset in diese Richtung weiter inkrementiert und der Vorgang solange wiederholt bis sich keine Verbesserung des Dämpfungserfolgs mehr einstellt. Lässt sich kein Dämpfungserfolg feststellen, so wird der Parameter dekrementiert und das Verfahren entsprechend durchlaufen.

Nachdem der Offset als Parameter beim Dämpfen überprüft und angepasst wurde, wird mit der Energie als Parameter beim Dämpfen ebenso verfahren.

Nach Durchlaufen der gesamten Schleife wird der Vorgang wiederholt und die Regelschleife beginnt von neuem.

Zusätzlich ist zu den Figuren Folgendes zu bemerken:

Figuren 2 und 3 beschreiben die Gegensteuerung bei aktiver Dämpfung. Nach Ende der Anregung wird die Schwingung mittels Gegensteuerpulsen gedämpft.

Die Phasenlage der Gegensteuerpulse wird durch die zeitliche Differenz zwischen Ende der Ansteuerung und Beginn der Gegenansteuerung bestimmt. Die Dämpfungsenergie ergibt aus der Summe der Pulsbreiten der

Gegensteuerpulse, wobei jeweils der letzte Puls in seiner Pulsbreite variiert wird.

Figuren 4 und 5 erläutern die möglichen Berechnungsschemata für den

Dämpfungserfolg. Gemäß Figur 4 erfolgt dies durch Erfassen der

Nachschwingdauer mittels Unterschreitung einer vordefinierten Schwelle. Gemäß Figur 5 erfolgt dies durch Integralbindung.

Figur 6 beschreibt in Form eines Graphen 60 den Dämpfungserfolg als Optimum oder Minimum bei der aktiven Dämpfung in Abhängigkeit von der

Dämpfungsenergie, aufgetragen auf der Ordinate 62, und des zeitlichen Offsets in Mikrosekunden, aufgetragen auf der Abszisse 61 . Die eingekreisten Bereiche 63 bezeichnen die Optima oder Minima mit einem hohen Maß an

Dämpfungserfolg, die dazwischenliegenden Bereiche 64 in der Nähe der Abszisse zeigen ein niedriges Maß an Dämpfungserfolg.

Die Figuren 7 bis 9 illustrieren eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsalgorithmus' für das Training der Dämpfungsparameter Energie und

Offset. Figur 10 veranschaulicht im Zusammenhang mit einem Graphen 100 die bei einem Training durchfahrenen Parameterkombinationen im Trainingsalgorithmus für die Parameter Energie und Offset mit den Startwerten 105 und 106 für den Offset bzw. für die Energie.

Figur 1 1 zeigt schematisch ein Verfahren S und einen Algorithmus zum

Regelbetrieb.