Die Erfindung betrifft ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen.

Abstandsmesssysteme für Fahrzeuge, die den Abstand eines Fahrzeuges zu potentiellen in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Objekten o.dgi. Hindernisse während eines Rangiervorgangs ermitteln, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, Derartige Abstandsmesssysteme arbeiten zumeist auf Ultraschallbasis und weisen im Regelfall einen Ultraschali- messwandler auf, der wahlweise als Ultraschallsender oder als Ultraschall- empfänger betreibbar ist Dabei wechseln sich während des Betriebs des Ultraschallmesswandlers Sende- und Empfangsintervalle ab. Mit Beendigung eines Sendeintervalls sollte der Uitraschalimesswandler direkt als Empfänger betrieben werden können, um nämlich das am Uitraschalimesswandler anliegende Messsignal unmittelbar verarbeiten zu können. Nach dem Abschalten des Ultraschaläsendesignais, bei dem es sich um einen sogenannten Sendeburst handelt, schwingt das Schwingeiement des Ultraschallmesswandlers allerdings noch für eine gewisse Zeit nach (Ausschwingintervall), und zwar auf einer anderen, in der Regel geringfügig höheren Frequenz als der Sendefrequenz. Diese Ausschwingfrequenz fällt je nach Typ des Ultraschallmesswandlers und den Fertigungstoleranzen nicht mehr in das für den optimalen Empfang vorgesehene Bandpassfilter der Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungs- einheit des Ultraschallmesssystems. Als Resultat entstehen starke Einbrüche im demodulierten Signal (Hüilkurve) am Messausgang des Ultraschallmesswandlers, die von der Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungsein- heit a!s nahe Echos erkannt werden. Dies ist unerwünscht und führt zu nicht korrekten Abstandsrnessungen bzw. der Signalisierung von Hindernissen in unmittelbarer Nähe des Fahrzeuges, die tatsächlich nicht vorhanden sind. Eine Abhilfemaßnahme für die o.g. Unzulänglichkeit wäre das Stummscha!ten des Uitraschallmesswandlers bzw. die Nichtberücksichtigung des am Messausgang des Uitraschallmesswandlers anliegenden Signals für einen bestimmten Zeitraum ab Beendigung des durch die Anregung des Schwingelements des Uitraschallmesswandlers bestimmten Sendeintervalls. Nachteilig bei dieser Maßnahme ist allerdings, dass dann eine Funktionskontrolle des Uitraschallmesswandlers für diesen Zeitraum nicht mehr möglich ist. Alternativ könnte man auch ein Bandpassfilter mit einer größeren Bandbreite einsetzen, was allerdings mit einem verschlechterten Signal-Rausch-Abstand und einer erhöhten Störempfindiichkeit erkauft wird.

Aus US-A-4 451 909 ist ein Uitraschallmessssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Weitere Ultraschallmesssysteme sind aus DE-A-10 2008 041 894 und DE-A-10 2005 023 696 bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen zu schaffen, bei dem die Gefahr der fehlerhaften Interpretation der am Messausgang des Uitraschallmesswandlers anliegenden Signale reduziert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Ultraschallmesssystem für Parkhilfen von Fahrzeugen vorgeschlagen, das versehen ist mit

einem ein Schwingelement aufweisenden Ultraschallmesswandler, der wahlweise sowohl als Ultraschaiisensor als auch als Ultraschaliempfänger betreibbar ist, und

- einer mit dem Ultraschallmesswandler verbundenen Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit zur Anregung des Schwingelements des Ultraschallmesswandlers zum Aussenden von Ultraschaliwellen für den Betrieb als Ultraschallsender während eines Sendeintervalls und zur anschließenden Deaktivierung des Schwingelements des Ultraschallmesswandlers zum Empfangen von Ultraschaliwellen für dessen Betrieb als Ultraschallempfänger während eines Empfangsintervalls und zur Verarbeitung von an einem Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signalen, wobei das Schwingelement nach Beendigung seiner Anregung während eines Ausschwingintervalls ausschwingt,

wobei die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit ein Bandpassfilter zur Filterung der während des Ausschwingintervalls und des Empfangsintervalls am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signale aufweist.

Bei diesen Ultraschallmesssystemen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bandbrette des Bandpassfilters (30) wahlweise auf einen größeren ersten Bandbreiten wert oder einen kleineren zweiten Bandbreitenwert umschaltbar ist und während einer spätestens mit dem Ausschwingintervalls beginnenden ersten Phase auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls auf den kleineren zweiten Bandbreitenwert eingestellt ist,

dass die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit einen Signalpegeikomparator zum Vergleich des Signalpegels des am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signals mit einem Schwellwert aufweist und die erste Phase, in der die Brandbreite des Bandpassfilters auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, abgeschlossen ist, wenn der Signalpegel des während des Ausschwingintervalls am Messausgang des Ultraschallmesswandlers anliegenden Signals kleiner als der Schwellwert ist, dass dem Signa!pegelkomparator ein Hüükurvensignal zuführbar ist, das aus dem am Messausgang des Ultraschailmesswandlers anliegenden Signals erzeugbar ist, und

dass dem Signalpegeikomparator ein Tiefpassfilter mit umschaltbarer Eckfrequenz vorgeschaltet ist, die zumindest während der ersten Phase, in der die Bandbreite des Bandbreitenfilters auf den größeren ersten Bandbreitenwert eingestellt ist, auf einen niedrigeren ersten Eckfrequenzwert und nach Ablauf der ersten Phase bis zumindest zum Ende des sich an das Ausschwingintervall anschließenden Empfangsintervalls auf einen höheren zweiten Eckfrequenzwert eingestellt ist.

Mit der Erfindung wird also ein spezielles Filter für die Verarbeitung des Signals am Ausgang des Ultraschallmesswandlers während eines Ausschwingintervalis und des sich anschließenden Empfangsintervalls vorgeschlagen. Die Besonderheit dieses Filters besteht darin, dass es als Bandpassfilter mit wahlweise veränderbarer Bandbreite ausgelegt ist. Während zumindest einer ersten Phase des Ausschwingintervalls ab dessen Beginn ist die Bandbreite des Bandpassfilters auf einen größeren ersten Wert eingestellt, Alternativ ist es möglich, dass Bandpassfilter auch bereits während des dem Ausschwingintervall vorhergehenden Sendeintervalls auf den größeren ersten Wert einzustellen. Nach Ablauf der ersten Phase des Ausschwingintervalls bis zumindest zum Ende des sich anschließenden Empfangsintervalls wird die Bandbreite des Bandpassfilters umgeschaltet, und zwar auf einen kleineren zweiten Wert.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Bandbreitenumstellung des Bandpassfilters wird erreicht, dass die Signaleinbrüche im demodulierten Empfangssignal am Messausgang des Ultraschailmesswandlers nicht mehr in Erscheinung treten. Da das Bandpassfilter mit größerer erster Bandbreite bei der Auswertung des Signals am Messausgang des Ultraschailmesswandlers zur Detektion von Echosignalen nachteilig wäre, wird das Bandpasssignal ab einem gewissen Zeitpunkt des Ausschwingintervails erfindungsgemäß auf eine kleinere zweite Bandbreite umgeschaltet. Die Länge der ersten Phase eines Ausschwingintervalls kann beispielsweise zeitgesteuert erfolgen und ist somit durch eine vorgebbare Zeitspanne definiert. Nach Ablauf dieser vorgebbaren Zeitspanne ist die erste Phase eines Einschwingintervalls beendet und es erfolgt die Bandbreitenumstellung des Bandpassfilters vom größeren ersten Wert auf den kleineren zweiten Wert. Dieser Umschaitungszeitpunkt ist jedoch erfindungsgemäß durch die Amplitude bzw. den Pegel des Empfangssignals am Ausgang des Ultraschailmesswandiers bestimmt. Hierzu weist die Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbei- tungseinheit des erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems einen Signalpegelkomparator auf, der den Signalpegel des am Messausgang des Ultraschailmesswandiers anliegenden Signals mit einem Schweilwert vergleicht. Die erste Phase ist abgeschlossen, wenn der Signalpegel des während eines Ausschwingintervalls am Messausgang des Ultraschailmesswandiers anliegenden Signals kleiner als der Schwellwert ist. Nach der Erfindung erfolgt der Signalpegelvergleich anhand des demodulierten Messsignals des Ultraschailmesswandiers. Hierzu wird das Signal am Messausgang des Ultraschailmesswandiers demoduliert bzw. gleichgerichtet und anschließend mit Hilfe eines Tiefpassfilters gefiltert, wobei das Tiefpassfilter zweckmäßigerweise eine umschaltbare Eckfrequenz aufweist. Während der ersten Phase eines Ausschwingintervalls, in der die Bandbreite des Bandpassfilters den größeren ersten Wert aufweist, weist das Tiefpassfilter eine niedrigere erste Eckfrequenz auf. Nach Ablauf der ersten Phase werden dann sowohl das Bandpassfilter auf die kleinere zweite Bandbreite als auch das Tiefpassfilter auf eine höhere zweite Eckfrequenz eingestellt. Hierdurch werden auf Rauschsignalanteile zurückzuführende Offset-Anteile im Signal am Messausgang des Uitraschallmesswandlers während eines Empfangsintervalls reduziert.

Durch die erfindungsgemäße Umschaltung der Bandbreite des Bandpassfilters von der größeren Bandbreite auf die kleine Bandbreite bei gleichzeitiger Umschaltung der Eckfrequenz des Tiefpassfilters von der kleineren Eckfrequenz auf die größere Eckfrequenz wird das Ausgangssignals des Ultraschallwandlers im Wesentlichen ungestört übertragen, während ein infolge des Ausschwingvorgangs gegebenes Rauschen und/oder eine ggf. noch vorhandene Restweiligkeit gedämpft. Somit ist die Auswertung des Ausgangssignals des Ultraschallwandlers, was die Detektion von Echos betrifft, zuverlässiger möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:

Fig. 1 schematisch und als Blockschaltbild den Aufbau eines Ultraschallmesssystems mit Ultraschallmesswandler und mit diesem verbundener Sendeansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit sowie einer Einheit zur Entfernungsbestimmung,

Fig. 2 ein Beispiel für den Signalverlauf am (Mess-)Ausgang des Ultraschallmesswandlers während eines Sendeintervalls, eines sich anschließenden Ausschwingintervalls und eines sich an dieses anschließenden Empfangsintervalls, eine Darstellung der schaltungstechnischen Komponenten des Ultraschallmesswandlers, Fig. 4 eine Messkurve zur Darstellung der sich verändernden Frequenz des Schwingelements während der aufeinanderfolgenden Sende-, Ausschwing- und Empfangsintervatle, Fig. 5 den gemessenen Signalverlauf am (Mess-)Ausgang des Ultraschail- messwandlers bei Einsatz des umschaltbaren Bandpassfilters und

Fig. 6 ein Vergleich der Hüllkurven des Signals am Ausgang des Ultraschallmesswandlers mit und ohne Umschaltung der Bandbreite des Band- passfilters und zur Motivation des bezüglich seiner Eckfrequenz umschaltbaren Tiefpassfiiters,

Fig. 1 zeigt die im Rahmen der Erfindung wesentlichen Komponenten eines Ultraschallmesssystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung- Das Ultraschallmesssystem 10 weist einen Ultraschallmesswandler (Trans- ducer) 12 auf, der ein bei 14 angedeutetes Schwingelement aufweist. Der (Mess-)Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 ist mit einer Sende- ansteuer- und Empfangssignalverarbeitungseinheit 18 verbunden. In dieser Einheit 18 erfolgt die aktive Ansteuerung des Ultraschallmesswandlers 12 und damit des Schwingelements 14 zur Aussendung bei Ultraschallwellen. Hierzu weist die Einheit 18 eine Ansteuerschaltung 20 auf, die während eines Sendeintervalls über den Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 diesem Energie zum Anregen des Schwingelements 14 zuführt. Das mit Beendigung eines Sendeintervalls am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 anliegende Signal (Empfangssignal) wird innerhalb der Einheit 18 durch eine Empfangssignalverarbeitungsschaltung 22 verarbeitet. Danach gelangt das verarbeitete Signal zu einer weiteren Auswerteeinheit 24, in der anhand der detektierten Echos im Empfangssignal eine Entfernung der die Echos erzeugenden Hindernisse, an denen die Ultraschallwellen reflektiert worden sind, ermittelt wird. Die Problematik, mit der sich die Erfindung beschäftigt, resultiert daraus, dass der Ultraschalimesswandier 12 zwei gekoppelte Schwingkreise aufweist, und zwar einen Transformator 26 und den das Schwingelement 14 umfassenden Schwingkreis 27. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 gezeigt. Bestandteil des einen Schwingkreises sind die Sekundärspule LT des Transformators 26 und die Kapazität CP, während zum zweiten Schwingkreis die mit dem Schwingelement 14 gekoppelte Induktivität L0 und die Kapazität CO gehören. Selbst bei mathematisch exakter Abstimmung der Einzelkreise hat das Gesamtsystem, also der Ultraschallmesswandler 12, zwei unterschiedliche Eigenfrequenzen .

Ein Beispiel für den Signalverlauf am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 während eines Sendeintervalls, eines Ausschwingintervails und eines Emp- fangsintervalls ist in Fig. 2 gezeigt. Während des Sendeintervalls wird dem Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 von der Ansteuerschaltung 20 ein Signal zugeführt, das einen Sendeburst erzeugt, der das Schwingelement 14 anregt, so dass dieses zur Erzeugung von Ultraschallwellen schwingt. Nach Deaktivierung dieser Ansteuerung am Ende der Sendephase schließt sich ein Ausschwingintervall an, innerhalb dessen das Schwingelement ausschwingt. Nach dem Ausschwingintervall schließt sich der Empfangsinterall an, innerhalb dessen das Schwingelement 14 reflektierte (oder auch andere) Ultraschallsignale empfängt. Der Ultraschalimesswandier sendet die Ultraschallwellen beispielsweise mit einer Frequenz von 50 kHz. Auf Grund des Aufbaus des Ultraschallmesswandlers 12 in Form zweier gekoppelter Schwingkreise verändert sich dessen Eigenfrequenz in dem Ausschwingintervall, Versuche haben gezeigt, dass die Ausschwingfrequenz höher ist als die Sendefrequenz. Dieses Phänomen ist in Fig. 4 gezeigt. Damit die Auswertung des Empfangssignals am Ultraschallmesswandler 12 nicht durch nicht auf die efiektion von zuvor ausgesendeten Ultraschal!wel!en zurückzuführende Echos gestört wird, wird das Messsignal nach einer Verstärkung in einem Verstärker 28 der Empfangssignalverarbeitungsschaltung 22 einer möglichst schmalbandigen Bandpassfilterung mittels eines Bandpassfii- ters 30 gefiltert. Diese Bandbreite, die beispielsweise ± 2 kHz beträgt, ist für einen optimierten Rauschabstand während des Empfangs gewählt. Eine Vergrößerung dieser Bandbreite würde das Problem, dass nämlich, wie in Fig. 2 gezeigt, während des Ausschwingintervalls im Signal am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers Einbrüche zu verzeichnen sind, grundsätzlich lösen, hätte aber einen deutlich schlechteren Rauschabstand zur Folge.

Daher wird erfindungsgemäß die Bandbreite des Bandpassfilters 30 zumindest während einer ersten Phase des Ausschwingintervalls auf einen größeren Wert, beispielsweise ± 8 kHz eingestellt Die Zeitdauer dieser ersten Phase des Ausschwingintervalls kann vorgegeben sein. Vorteilhaft ist es aber, die Dauer dieser ersten Phase in Abhängigkeit von dem Signalpegel der Hüllkurve des Signals am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 zu wählen. Dazu bedarf es eines Signalpegelkomparators 32, der das Empfangssignal mit einem Refe- renzpegel vergleicht. Das Hüllkurvensignal des Ausgangssignals des Ultraschallmesswandlers 12 wird durch Demoduiation erzeugt, indem beispielsweise das Signal durch einen Gleichrichter 34 gleichgerichtet wird. Ist nun der Pegel des Hüllkurvensignals um beispielsweise 50 % gefallen, so kann von der größeren Bandbreite des Bandpassfilters, die im Übrigen auch während des Sendeintervalls eingestellt sein kann, auf die kleinere Bandbreite umgeschaltet werden. Bei größerer Bandbreite ist der Rauschsignalanteil im Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers größer als bei kleiner Bandbreite, Damit entsteht durch die Demoduiation und eine für die weitere Verarbeitung des Hüllkurvensignals zweckmäßige Filterung in einem Tiefpassfilter 36 unerwünschterweise im Signal ein Offset-Gleichanteil, der bei "schmaler" Bandbreite des Bandpassfilters 30 deutlich reduziert ist. Das Tiefpassfilter 36 weist eine umschaltbare Eckfrequenz auf, die bei großer Bandbreite des Bandpassfilters 30 bei beispielsweise 4 kHz liegen kann und auf 16 kHz erhöht wird, wenn das Bandpassfilter auf die kleinere Bandbreite umgeschaltet wird. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Signalpegelkomparators 32 wird aiso sowohl die Bandbreite des Bandpassfilters 30 als auch die Eckfrequenz des Tiefpassfilters 36 umgeschaltet.

Wie oben bereits beschrieben, weist das Signal am Ausgang 16 des Ultra- schallmesswandlers 12 während des Ausschwingintervalls Einbrüche auf, so dass während des Ausschwingintervalls das Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers 12 insofern fehlinterpretiert werden könnte, als der Empfang einer reflektierten Ultraschallwelie als auf ein nahes Hindernis zurückzuführendes Echo angenommen werden könnte. Dieses Phänomen ist in Fig. 2 gezeigt, wobei auf der x-Achse der Fig. 2 die Zeit in Entfernung transformiert worden ist. Um jedoch während des gesamten Ausschwingintervalls sowohl Funktions- als auch Plausibilitätsüberprüfungen durchführen zu können, sollte das Signal am Ausgang 16 des Ultraschallmesswandlers 12 nicht ausgeblendet bzw. unterdrückt werden. Daher sind nach der Erfindung die zuvor beschriebene Band- breitenumschaltung des Bandpassfilters und, sofern der Umschaltzeitpunkt pegelabhängig ist, die Umschaltung der Eckfrequenz des Tiefpassfilters vorgesehen.

Das signaltechnische Ergebnis dieser erfindungsgemäß vorgesehenen Um- Schaltung ist in den Fign. 5 und 6 zu erkennen. Anhand von Fig. 5 ist zu erkennen, dass sich nun für die Dauer der ersten Phase des Ausschwingintervalls keinerlei Einbrüche im Ausgangssignal des Ultraschallmesswandlers 12 zeigen. Zum Umschaltzeitpunkt wird dann während des Ausschwingintervalls auf die schmalere Bandbreite des Bandpassfilters 30 sowie die höhere Eckfrequenz des Tiefpassfilters 36 umgeschaltet. Fig. 6 zeigt die drei Messkurven im Vergleich. Die als durchgezogene Linie dargestellte Messkurve stellt die Situation gemäß Fig. 2 dar, wonach weder eine Bandbreitenumschaltung im Bandpassfiiter 30 noch eine Eckfrequenzumschaltung im Tiefpassfilter 36 erfolgt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Signalverlauf mit der zuvor beschriebenen Bandbreitenumschaltung im Bandpassfilter 30 und ohne Eckfrequenzumschaltung des Tiefpassfiiters 36. Zu erkennen ist ein erhöhter Offset-Signalanteil zum Ende des Ausschwingintervalls und während des Empfangsintervalls. Schließlich zeigt die strichpunktierte Linie den Signalverlauf unter Verwendung der Bandbreitenumschaltung im Bandpassfilter 30 und der Eckfrequenzumschaltung im Tiefpassfilter 36. Durch die Umschaltung einerseits der Bandbreite des Bandpassfilters 30 von "breit" auf "schmal" und andererseits der Eckfrequenz des Tiefpassfiiters 36 kann der Offset-Signalanteil während des Empfangsintervalls deutlich reduziert werden, was wiederum von Vorteil ist, wenn es um die Einstellung der Echoschwelle geht, mit der sich empfangene, zuvor ausgesendete und an einem Hindernis reflektierte Ultraschallwellen geht.