Titel

Verfahren zum Erkennen eines Objektes in einem Nahbereich eines

Ultraschallsensors

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Objektes in einem Nahbereich eines Ultraschallsensors.

Ultraschallbasierte Messsysteme werden eingesetzt, um eine Distanz zu einem vor einem Ultraschallsensor befindlichen Objekt zu vermessen. Die eingesetzten Ultraschallsensoren basieren auf dem Puls/Echo-Verfahren. In diesem Verfahren sendet der Ultraschallsensor einen Ultraschallpuls aus und misst die durch ein Objekt hervorgerufene Reflexion des Ultraschallpulses (Echo). Der Abstand zwischen Ultraschallsensor und Objekt errechnet sich über eine gemessene Echolaufzeit und die Schallgeschwindigkeit. Der Ultraschallsensor fungiert dabei als Sender und Empfänger.

Als Ultraschallsensoren im Automobilbereich werden sogenannte

Resonanzwandler benutzt, die nach der Anregung mit einem Sendesignal ein Nachschwingen aufweisen. Erst wenn das Nachschwingen des Sensorelementes einen bestimmten Pegel unterschreitet und ein Echosignal ähnlich groß oder größer als das Nachschwingen ist, kann eine Echodetektion erfolgen. Da die Empfangssignale zu Beginn des Nachschwingens Pegel von bis zu 100V aufweisen und somit deutlich größer als die zu detektierenden Empfangssignale (ca. 1 mV) sind, wird die Empfangskette von Verstärker und, falls vorhanden, A D- Wandler durch die hohen Pegel des Ausschwingens übersteuert. Das Resultat ist, dass in diesem Zeitbereich keine Echos lokalisiert werden können. Man spricht hier von einer sogenannten Totzeit. Dies gilt auch für höherwertige Filteralgorithmen, welche die Totzeit zwar reduzieren aber nicht eliminieren können. Die Totzeit führt derzeit zu einem Mindestabstand von ca. 10-15cm, unterhalb dem eine Messung nicht erfolgen kann. Objekte unterhalb dieses Mindestabstands werden damit nicht entdeckt.

Objekte vor einem Ultraschallwandler erzeugen Echos, die auf eine

Sensormembran des Ultraschallwandlers wirken. Eine Detektion und Erkennung als Echo ist im Messbetrieb dadurch gekennzeichnet, dass im Empfangssignal Signalspitzen oberhalb einer bestimmten applikationsspezifischen Schwelle detektiert werden. Das Empfangssignal wird dazu mit entsprechenden

Filterstrukturen, z.B. einem analogen Bandpassfilter, gefiltert. Im Nahbereich können nun folgende Zustände auftreten: a) Treffen die Echos auf die Sensormembran nachdem diese vollständig ausgeschwungen ist, so sind Echo und Ausschwingen gut trennbar und das Echo kann gut detektiert werden. Dies gilt unabhängig von der Filterung. b) Treffen die Echos auf die Sensormembran nachdem diese fast vollständig ausgeschwungen ist und ein Teil des Echos (nämlich die Rückflanke) gegenüber dem Ausschwingverlauf noch als verlängertes Nachschwingen erkennbar ist, dann kann das Echo gerade noch detektiert werden. Die Reichweite bei der dies gerade noch gelingt ist als minimale Messreichweite definiert. Die minimale

Messreichweite ist temperatur-, bauteil-, und objektabhängig und liegt in der Regel zwischen 10-15cm. Die Voraussetzung für diese Art der Signalanalyse ist eine nur schwache Filterung des Empfangssignals und daraus folgend eine Detektion auf Basis der Hüllkurve des Empfangssignals.

Alternativ zur Auswertung der Hüllkurve kann auch der Filterausgang eines auf das Empfangssignal angewandten signalangepassten Filters zur Detektion verwendet werden. Der Filterausgang ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass sich Signalspitzen bei hoher Übereinstimmung von Sende und Empfangssignal ergeben. Ein gültiges Echosignal liegt dabei vor, wenn die Signalspitze des

Echos (Echopeak) von den Signalspitzen des Nachschwingens

(Nachschwingpeak) über den absoluten Spitzenwert unterschieden werden kann. In der Praxis verschmelzen dabei Nachschwingpeak und Echopeak für Objekte im Nahbereich. Gleichzeitig nimmt die Amplitude des Echopeaks ab, so dass als Resultat der Echopeak verschwindet. Das liegt daran, dass die

Ausschwingamplituden im Empfangssignal deutlich größer werden als die des Echos und eine Differenzierung durch den signalangepassten Filter nicht mehr möglich ist. Die Mindestreichweite für diese Art der Signalanalyse liegt ebenfalls bei ca. 10-15cm. c) Treffen die Echos auf die Sensormembran solange diese noch

nachschwingt, und weist somit das Ausschwingen Pegel auf die deutlich größer sind als die des Echos, und sind zudem die Empfangssignale durch die

Verstärkerkette gesättigt, dann können die Echos nicht detektiert werden. Das Echo verschwindet sozusagen im Nachschwingen.

Bei herkömmlichen Ultraschallsensoren verschwinden damit die Echos bei einer Annäherung an ein Objekt, wenn die Objekte in die Totzeitzone eintreten. Ein weiterer kritischer Fall liegt beim Starten eines Fahrzeuges in einer eng geparkten Situation vor.

Ein herkömmliches Ultraschallsystem wird in der DE10103936A1 beschrieben. In diesem wird eine von einem Hindernis reflektierte Ultraschallwelle durch einen Ultraschall-Oszillator empfangen, um ein Hindernis zu detektieren. Die

Sendefrequenz der Ultraschallwelle wird dabei so eingestellt, dass sie von der Frequenz der Abklingschwingung oder Nachschwingung verschieden ist.

Daher ist ein Verfahren zur Präsenzdetektion von Objekten im Nahfeld unterhalb der minimalen Messreichweite der Ultraschallsensoren erstrebenswert.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen eines Objektes in einem Nahbereich eines Ultraschallsensors umfasst die Schritte eines Anregens eines Schallwandlers des Ultraschallsensors durch ein Sendesignal, eines Erfassens eines Ausschwingsignals, welches das Ausschwingverhalten des Schallwandlers nach dem Anregen des Schallwandlers beschreibt, eines Bestimmens einer Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal und einem Referenz- Ausschwingsignal, und eines Erkennens der Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors basierend auf der bestimmten Abweichung.

Somit können Objekte in einem Nahbereich des Ultraschallsensors und unter einem Messbereich des Ultraschallsensors zuverlässig erkannt werden. Ein Nahbereich ist dabei ein Bereich vor dem Schallwandler des Ultraschallsensors, in dem eine exakte Messung durch das Puls/Echo-Verfahren nicht möglich ist, da ein Echo des Sendesignals durch das Ausschwingsignal überlagert wird.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren mehrfach durchgeführt wird und das Referenz-Ausschwingsignal, insbesondere bei einer vorliegenden Bewegung des Ultraschallsensors, einem früheren Ausschwingsignal entspricht, welches bei einem vorangegangenem Durchlauf des Verfahrens erfasst wurde. Damit wird der Einfluss von Temperaturänderungen minimiert, da das Referenz- Ausschwingsignal automatisch an eine aktuelle Temperatur des Schallwandlers angepasst wird. Somit wird eine besonders zuverlässige Erkennung von

Objekten ermöglicht.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn das Referenz-Ausschwingsignal dem

Ausschwingsignal entspricht, wenn sich kein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors befindet. Somit wird ein Zustand in dem sich kein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors befindet klar definiert, und Abweichungen von diesem Zustand können besonders präzise erkannt werden.

Insbesondere wird während des Anregens des Schallwandlers und/oder des Erfassens des Ausschwingsignals eine Bewegung des Ultraschallsensors durchgeführt. Durch eine solche Bewegung wird die Abweichung verstärkt, falls sich ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors befindet, wodurch eine Empfindlichkeit beim Bestimmen der Abweichung erhöht wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Ausschwingsignal ein Signal ist, das durch einen signalangepassten Filter gefiltert wurde, wobei der Filter auf das Sendesignal angepasst ist. Dies ist vorteilhaft, da ein solches Signal in vielen Ultraschallsensoren bereits vorhanden ist und ein solches Signal ein besonders einfaches und genaues Bestimmen der Abweichung ermöglicht.

Ebenso ist es vorteilhaft, die Abweichung zu bestimmen, indem ein Integral über das Ausschwingsignal oder über eine Differenz zwischen dem Ausschwingsignal und dem Referenz-Ausschwingsignal gebildet wird. Somit wird eine Abweichung über einen Zeitbereich bestimmt, wodurch Ungenauigkeiten beim Erfassen des Ausschwingsignals kompensiert werden und somit die Genauigkeit beim

Bestimmen der Abweichung verbessert wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, die Abweichung für einen Zeitbereich nach dem Anregen des Schallwandlers und vor einem vollständigen Ausschwingen des

Schallwandlers zu bestimmen. Somit wird der Zeitaufwand zur Durchführung des Verfahrens minimiert. Störungen durch das Anregen des Schallwandlers werden ausgeschlossen. Insbesondere wird ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt, wenn die Abweichung über einem vordefiniertem Wert liegt. Auf diese Weise kann das Erkennen der Anwesenheit eines Objektes mit einem besonders geringen Aufwand gelöst werden. Zudem kann somit eine einfache Anpassung einer Empfindlichkeit beim Erkennen der Anwesenheit eines Objektes ermöglicht, wodurch wiederum Fehlerkennungen vermieden werden.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Verfahren mehrfach durchgeführt wird und ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt wird, wenn die Abweichung nicht einer zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten Abweichung entspricht. Auf diese Weise werden ungewollte Einflüsse durch Umweltfaktoren, wie z.B. eine Veränderung der Temperatur des Schallwandlers, welche die Ausschwingfrequenz bestimmt, kompensiert.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt wird, wenn die bestimmte Abweichung in einem zeitlichen

Verlauf nicht konstant ist. Das bedeutet, dass ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt wird, wenn eine Fluktuation der Abweichung vorliegt. Dadurch wird es ermöglicht zu Erkennen, ob eine

Abweichung durch einen Umweltfaktor oder durch ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors verursacht wurde.

Insbesondere werden die Schritte des Anregens des Schallwandlers, des Erfassens eines Ausschwingsignals, und des Bestimmens einer Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal und einem Referenz-Ausschwingsignal mehrfach ausgeführt, wobei die Frequenz des Sendesignals zwischen zwei

Ausführungen dieser Verfahrensschritte variiert wird und ein Objekt im

Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt wird, wenn die bestimmten Abweichungen gemeinsam auf ein positives Abweichen oder gemeinsam auf ein negatives Abweichen des Ausschwingsignals von dem Referenz-Ausschwingsignal hindeuten. Ein gemeinsames positives Abweichen liegt dann vor, wenn das Ausschwingsignal sowohl vor als auch nach dem Variieren der Frequenz größer als das Referenz-Ausschwingsignal ist. Ein gemeinsames negatives Abweichen liegt dann vor, wenn das Ausschwingsignal sowohl vor als auch nach dem Variieren der Frequenz kleiner als das Referenz- Ausschwingsignal ist. Dadurch wird es ermöglicht, zu Erkennen, ob eine

Abweichung durch einen Umweltfaktor oder durch ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors verursacht wurde.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Schritte des Anregens des

Schallwandlers, des Erfassens eines Ausschwingsignals, und des Bestimmens einer Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal und einem Referenz- Ausschwingsignal mehrfach ausgeführt werden, wobei eine Modulation des

Sendesignals zwischen zwei Ausführungen dieser Verfahrensschritte variiert wird, und ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt wird, wenn die bestimmten Abweichungen in unterschiedlichem Umfang von dem Referenz-Ausschwingsignal abweichen. Dadurch wird es ermöglicht, zu

Erkennen, ob eine Abweichung durch einen Umweltfaktor oder durch ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors verursacht wurde.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 ein Ablaufdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 ein Diagramm, welches ein beispielhafte Ausschwingsignal und ein beispielhaftes Referenz-Ausschwingsignal gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und

Figur 3 ein Überblick über einige beispielhafte Signalverläufe für

unterschiedliche Ausführungsformen der der Erfindung, die in zeitlichen Bezug zueinander gesetzt sind. Ausführungsformen der Erfindung

Erfindungsgemäß werden Phasenunterschiede eines Ausschwingens, die durch die Interferenz von einem Echo und einem Ausschwingsignal 1 ohne Objekt im

Nahbereich eines Ultraschallsensors hervorgerufen werden, detektiert. Dieser Unterschied lässt sich durch einen Filterausgang eines signalangepassten Filters besonders deutlich erfassen. Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens zum

Erkennen eines Objektes in einem Nahbereich eines Ultraschallsensors in einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren umfasst einen ersten Verfahrensschritt S1 , einen zweiten Verfahrensschritt S2, einen dritten Verfahrensschritt S3 und einen vierten Verfahrensschritt S4. Das Verfahren wird beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt S1 ausgeführt, wenn eine Abstandsmessung durch den

Ultraschallsensor angefordert wird. Das Verfahren wird in einer

Wiederholungsschleife ausgeführt, um beständig aktuelle Informationen über eventuelle Objekte im Nahbereich des Ultraschallsensors zu erhalten. In dem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt ein Anregen eines Schallwandlers des

Ultraschallsensors durch ein Sendesignal. Das Sendesignal ist in dieser ersten Ausführungsform ein hochfrequentes Wechselspannungssignal mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten maximalen Amplitudenhub. Das Sendesignal wird während eines ersten Zeitintervalls t1 an den Schallwandler des Ultraschallsensors 1 angelegt und regt diesen dadurch zu einer Schwingung an, wodurch ein akustisches Signal von dem Schallwandler ausgesendet wird. Nach dem Ablauf des ersten Zeitintervalls t1 endet das Sendesignal, bzw. wird das Sendesignal nicht weiter an den Schallwandler angelegt. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung weist das Sendesignal eine wechselnde Frequenz und Amplitude auf. So könnte das Sendesignal beispielsweise ein amplitudenmodulierter Gleitsinus sein.

Anschließend an den ersten Verfahrensschritt S1 wird der zweite

Verfahrensschritt S2 ausgeführt. Darin erfolgt ein Erfassen des

Ausschwingsignals 1 , welches das Ausschwingverhalten des Schallwandlers nach dem Anregen des Schallwandlers beschreibt. Da sich der Schallwandler durch die in dem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgte Anregung in einem Schwingungszustand befindet, wird von diesem ein durch dessen Schwingung verursachtes Ausgangssignal abgegeben. Die Schwingung dieses

Ausgangssignals wird im Wesentlichen durch die Eigenfrequenz des Wandlers bestimmt. Das Ausgangssignal wird ebenfalls durch akustische Echosignale beeinflusst, die durch Reflexionen des akustischen Signals an Objekten vor dem

Ultraschallsensor verursacht werden und ist somit nicht nur von dem

Sendesignal abhängig. Das Ausgangssignal wird an den Eingang eines signalangepassten Filters angelegt und wird durch diesen gefiltert. Der signalangepassten Filter ist dabei auf das Sendesignal angepasst. An einem Ausgang des signalangepassten Filters wird das Ausschwingsignal 1 erfasst.

Das Ausschwingsignal 1 ist somit ein Signal, dass durch einen

signalangepassten Filter gefiltert wurde und das Ausschwingverhalten des Schallwandlers nach dem Anregen des Schallwandlers beschreibt. Das

Ausschwingsignal 1 des signalangepassten Filters kann der reine Filterausgang xcorr, d.h. das Faltungsintegral des Eingangssignals des Filters mit den

Filterkoeffizienten (Kreuzkorrelationsfunktion) sein. Alternativ dazu kann auch der Korrelationskoeffizient R = xcorr/ ||s|| ^* ||x||) verwendet werden, wobei ||s|| die Norm der Filterkoeffizienten und ||x|| die Norm des Eingangssignals ist. Alternativ dazu kann auch eine mathematische Kombination der zuvor beschriebenen Optionen verwendet werden. Das Ausschwingsignal 1 wird gespeichert, um in einem späteren Durchlauf des Verfahrens als früheres Ausschwingsignal genutzt zu werden.

Anschließend an den zweiten Verfahrensschritt S2 wird der dritte

Verfahrensschritt S3 ausgeführt. Darin erfolgt ein Bestimmen einer Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal und einem Referenz-Ausschwingsignal 2. Das Referenz-Ausschwingsignal 2 entspricht dabei einem früheren Ausschwingsignal, welches bei einem vorangegangenem Durchlauf des Verfahrens erfasst wurde. Erfindungsgemäß können auch andere vorteilhafte Signale als Referenz- Ausschwingsignal 2 genutzt werden. Dabei ist die Verwendung eines früheren

Ausschwingsignal, welches bei einem vorangegangenem Durchlauf des

Verfahrens erfasst wurde, insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Bewegung des Ultraschallsensors vorliegt. So kann in alternativen Ausführungsformen eine Bewegung eines Fahrzeuges erfasst werden, an dem der Ultraschallsensor angeordnet ist, und über diese auf eine Bewegung des Ultraschallsensors geschlossen werden. Ein früheres Ausschwingsignal wird immer dann als Referenz-Ausschwingsignal 2 genutzt, wenn eine Bewegung des

Ultraschallsensors vorliegt.

Die Abweichung wird in der ersten Ausführungsform bestimmt, indem eine Differenz zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-

Ausschwingsignal 2 gebildet wird. Dazu werden das Ausschwingsignal 1 und das frühere Ausschwingsignal zeitlich synchronisiert an die Eingänge eines

Subtrahierers angelegt. Eine Ausgangsspannung des Subtrahierers gibt dann einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung zwischen dem

Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2 wieder. Der zeitliche

Verlauf der Differenzspannung ist somit eine Abweichung zwischen dem

Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2.

Anschließend an den dritten Verfahrensschritt S3 wird der vierte

Verfahrensschritt S4 ausgeführt. In diesem erfolgt ein Erkennen der Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors basierend auf der bestimmten Abweichung und in dieser ersten Ausführungsform somit basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Differenzspannung. In dieser ersten

Ausführungsform wird ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt, wenn die Abweichung und somit die Differenzspannung in ihrem zeitlichen Verlauf nicht konstant ist, also fluktuiert. Dazu werden ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert definiert, wobei die Differenzspannung über ihren gesamten zeitlichen Verlauf zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert verläuft, falls kein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors ist. Befindet sich ein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors, so kommt es zu einem Ansteigen oder Abfallen der

Differenzspannung in ihrem zeitlichen Verlauf, was insbesondere durch geänderte Echolaufzeiten verursacht wird, wodurch andere Signalabschnitte des Echos mit dem Ausschwingsignal interferieren. Überschreitet die

Differenzspannung den oberen Grenzwert oder unterschreitet die

Differenzspannung den unteren Grenzwert, so ist diese nicht konstant, und es wird ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt. Wurde das Fahrzeug bewegt und die Abweichung fluktuiert stark zwischen den Durchläufen so wird eine Anwesenheit eines Objektes erkannt. Demgegenüber sind temperaturbedingte Veränderungen der Abweichung eher träge und somit weniger stark. Anschließend an den vierten Verfahrensschritt S4 verzweigt das Verfahren zurück auf den ersten Verfahrensschritt S1 und wird erneut durchgeführt.

Eine zweite Ausführungsform des Verfahrens entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Jedoch erfolgt in dem dritten Verfahrensschritt S3 ein

Bestimmen einer Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal und einem Referenz-Ausschwingsignal 2, welches dem Ausschwingsignal 1 entspricht, wenn sich kein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors befindet. Ein solches Referenz-Ausschwingsignal 2 könnte beispielsweise definiert werden, indem das Ausschwingsignal 1 des Ultraschallsensors aufgezeichnet wird, nachdem eine manuelle Bestätigung erfolgte, dass kein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors liegt.

Die Abweichung wird in der zweiten Ausführungsform bestimmt, indem eine Differenz zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-

Ausschwingsignal 2 gebildet wird. Dazu werden das Ausschwingsignal 1 und das Referenz-Ausschwingsignal 2 zeitlich synchronisiert an die Eingänge eines Subtrahierers angelegt. Eine Ausgangsspannung des Subtrahierers gibt dann einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung zwischen dem

Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2 wieder. Der zeitliche

Verlauf der Differenzspannung ist somit eine Abweichung zwischen dem

Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2.

Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Ausschwingsignal 1 und ein beispielhaftes Referenz-Ausschwingsignal 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der

Erfindung. Die durchgezogene Linie zeigt das Referenz-Ausschwingsignal 2. Die gepunktete Line zeigt das Ausschwingsignal 1 , wenn sich ein Objekt 4cm vor dem Ultraschallsensor befindet. Das Ausschwingsignal 1 und das Referenz- Ausschwingsignal 2 sind dabei in ihrer Intensität über einen zeitlichen Verlauf dargestellt. Der zeitliche Verlauf beginnt hier bei 0ms zeitgleich mit dem

Sendesignal. Die Signalspitze bei ca. 1 ,7ms wird durch das Sendesignal verursacht, das während des Anregens des Schallwandlers ebenfalls an dem signalangepassten Filter anliegt. Die Signalspitze bei ca. 2,3ms bis 2,5ms entspricht dem Nachschwingen des Schallwandlers (Nachschwingpeak). Es ist ersichtlich, dass bis zu einem Zeitpunkt bei etwa 2,3ms ein deckungsgleicher

Verlauf zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2 vorliegt. Danach ergeben sich größere Unterschiede im Nachschwingpeak. Der Nachschwingpeak markiert nicht das Echo. Wäre das Echo zu detektieren, so müsste sich eine Echospitze ca. 0,24ms hinter der durch das Sendesignal verursachten Signalspitze liegen, also bei ca. 2,0ms in dem gezeigten

Diagramm.

Anschließend an den dritten Verfahrensschritt S3 wird der vierte

Verfahrensschritt S4 ausgeführt. In diesem erfolgt ein Erkennen der Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors basierend auf der bestimmten Abweichung und in dieser ersten Ausführungsform somit basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Differenzspannung. In dieser ersten

Ausführungsform wird ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors als anwesend erkannt, wenn die Abweichung und somit die Differenzspannung in ihrem zeitlichen Verlauf über einem vordefiniertem Wert liegt. Dazu wird zunächst ein maximaler Wert der Differenzspannung aus dem zeitlichen Verlauf der Differenzspannung ermittelt. Dieser maximale Wert der Differenzspannung wird mit dem vordefinierten Wert verglichen. Der vordefinierte Wert ist dabei ein Spannungswert, der vorzugsweise so gewählt ist, dass ein Objekt erst dann als anwesend erkannt wird, wenn der maximale Wert der Differenzspannung über einem Wert liegt, der auch durch eine durch Umgebungsfaktoren bedingte Fluktuation der Differenzspannung erreicht wird. Die Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors wird somit erkannt, wenn ein Absolutwert der Abweichung oberhalb einer vordefinierten Schwelle liegt.

Da das Referenz-Ausschwingsignal 2 in dieser zweiten Ausführungsform ein vordefinierter Spannungsverlauf ist, ist es dabei ebenfalls möglich, wie ebenfalls aus Figur 2 ersichtlich, eine Abweichung immer dann als gegeben anzunehmen, wenn das Ausschwingsignal 1 selbst in einem vordefinierten Zeitbereich t _s über einer vordefinierten Signalschwelle S liegt, bzw. eine Stärke einer Abweichung dadurch zu bestimmen, wie weit das Ausschwingsignal 1 über der

Signalschwelle S liegt. Die Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des

Ultraschallsensors wird somit erkannt, wenn ein Absolutwert des

Ausschwingsignals 1 in einem vordefinierten Zeitintervall t _s oberhalb einer vordefinierten Signalschwelle S liegt, also das Filterergebnis so hoch ist, dass es nicht durch eine Temperaturschwankung erzeugt werden kann.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden andere Kriterien gewählt anhand derer eine Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors erkannt wird. Ein weiteres Kriterium ist ein Vergleich der Abweichung mit einer Abweichung, die zu einem früheren Zeitpunkt,

beispielsweise bei einem vorangegangenen Durchlauf des Verfahrens, bestimmt wurde. Ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors wird dabei als anwesend erkannt, wenn eine aktuell bestimmte Abweichung nicht der zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten Abweichung entspricht, also um einen

vorgegebenen Wert von dieser abweicht. Durch eine Kombination mehrerer Kriterien wird der Einfluss von Umweltbedingungen (z.B. Luftbewegungen, Temperaturschwankungen) minimiert, aufgrund derer sich kaum stabile Signale ergeben.

In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die im Wesentlichen der ersten oder zweiten Ausführungsform entspricht, wird die Abweichung in dem dritten Verfahrensschritt S3 bestimmt, indem ein Integral über eine Differenz zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2 gebildet wird.

Dazu wird zunächst das Ausschwingsignal 1 integriert. Dies erfolgt, indem das Ausschwingsignal 1 zum Laden eines ersten Kondensators genutzt wird. Der Ladungszustand des ersten Kondensators und somit eine Kondensatorspannung zwischen den Polen des ersten Kondensators entspricht einem Integral über das Ausschwingsignal 1 . Ferner wird das Referenz-Ausschwingsignal 2 integriert.

Dies könnte durch ein Laden eines zweiten Kondensators durch das Referenz- Ausschwingsignal 2 erfolgen. Dies ist allerdings nicht notwendig, da es ausreichend ist, eine Referenzspannung bereitzustellen, die einer Spannung zwischen den Polen eines solchen zweiten Kondensators entspricht, wenn dieser durch das Referenz-Ausschwingsignal 2 geladen ist. In alternativen

Ausführungsformen kann die hier beschriebene analoge Signalverarbeitung, insbesondere das Integrieren des Ausschwingsignals 1 , auch durch eine digitale Signalverarbeitung erfolgen. Da die Kondensatorspannung zwischen den Polen des ersten Kondensators einem Integral über das Ausschwingsignal 1 entspricht, und die

Referenzspannung einem Integral über das Referenz-Ausschwingsignal 2 entspricht, entspricht eine Spannungsdifferenz zwischen der

Kondensatorspannung und der Referenzspannung einem Integral über eine Differenz zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-

Ausschwingsignal 2. Eine Solche Differenzspannung kann beispielsweise mittels eines Subtrahierers erfasst werden. Eine Ausgangsspannung des Subtrahierers entspricht in dieser zweiten Ausführungsform der Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz-Ausschwingsignal 2. In dem Diagramm aus Figur 2 kann die hier beschriebene Differenz zwischen dem Integral über das Ausschwingsignal 1 und dem Integral über das Referenz-Ausschwingsignal 2 als eine Fläche 3 zwischen dem Ausschwingsignal 2 und dem Referenz-

Ausschwingsignal 2 dargestellt werden.

Die Abweichung wird in dieser dritten Ausführungsform nur für einen Zeitbereich nach dem Anregen des Schallwandlers und vor einem vollständigen

Ausschwingen des Schallwandlers bestimmt. Dies wird erreicht, indem das

Ausschwingsignal erst nach einem zweiten Zeitintervall t2 nachdem das

Sendesignal nichtmehr an den Schallwandler angelegt wird an den ersten Kondensator angelegt wird und das Ausschwingsignal 1 nach einem dritten Zeitintervall t3 von dem ersten Kondensator getrennt wird. Insbesondere sind das zweite Zeitintervall t2 und das dritte Zeitintervall t3 so gewählt, dass das Integral für einen Zeitbereich um einen Nachschwingpeak gebildet wird. Da somit nur ein Teil des Ausschwingsignals 1 integriert wird, wird die Referenzspannung entsprechend angepasst und beschreibt nun ein Integral über das Referenz- Ausschwingsignal 2 in einem bevorzugten Messintervall t4. In dieser zweiten Ausführungsform wird somit ein Integral eines Signals am Ausgang des signalangepassten Filters im Zeitbereich um den Nachschwingpeak erfasst und verfolgt.

Es sei angemerkt, dass sich das Ausschwingverhalten des Schallwandlers über die Temperatur ebenfalls verändern kann. Das liegt daran, dass sich die

Eigenresonanz des Schallwandlers über die Temperatur verschiebt und die Abweichung zwischen dem Ausschwingsignal 1 und dem Referenz- Ausschwingsignal 2 damit größer werden kann, was zu einer größeren

Abweichung führen kann. Die folgenden Ausführungsformen erweisen sich als besonders widerstandsfähig gegenüber Temperaturänderungen.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform. Bei einer Bewegung des

Ultraschallsensors gegenüber seinem Umfeld ist mit starken Fluktuationen der Abweichung zu rechnen, wenn sich ein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors befindet. Dies ist aufgrund der typischen Wellenlängen eines Ultraschallsensors von ca. 7mm auch schon gegeben, wenn die Bewegung des Ultraschallsensors gegenüber seinem Umfeld nur wenige Millimeter beträgt. Daher wird der Ultraschallsensor in der dritten Ausführungsform während des Anregens des Schallwandlers und/oder des Erfassens des Ausschwingsignals bewegt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem ein Fahrzeug, an dem der Ultraschallsensor angebracht ist, bewegt wird, was bei einem Fahrzeug mit automatischer Längsführung (wie z.B. beim automatischen Ein-/Ausparken) beispielsweise durch ein Steuersignal an eine Fahrzeugsteuerung ausgelöst werden kann. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn das Fahrzeug sich in einem statischen Zustand befindet, wie z.B. nach dem Starten des Fahrzeuges oder in einer Parksituation. Somit wird das Fahrzeug bewusst infinitesimal bewegt, um eine Fluktuation der Abweichung zu erzeugen.

Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der ersten bis vierten Ausführungsform. Jedoch werden der erste Verfahrensschritt S1 , der zweite Verfahrensschritt S2 und der dritte Verfahrensschritt mehrfach ausgeführt. Dazu springt das Verfahren nach dem erstmaligen Ausführen des dritten

Verfahrensschrittes S3 zurück auf den ersten Verfahrensschritt S1 . Dieser wird dann gefolgt von den zweiten bis vierten Verfahrensschritten S2-S4 ausgeführt. Es erfolgt also ein erster Durchlauf des ersten bis dritten Verfahrensschrittes S1- S3 gefolgt von einem ein zweiten Durchlauf des ersten bis dritten

Verfahrensschrittes S1-S3 und dem vierten Verfahrensschritt S4. Dabei wird die Frequenz des Sendesignals zwischen zwei Ausführungen dieser

Verfahrensschritte, also nach dem ersten Durchlauf und vor dem zweiten

Durchlauf des ersten bis dritten Verfahrensschrittes S1-S3 variiert. Der signalangepasste Filter wird auf das Sendesignal mit variierter Frequenz angepasst.

In dem vierten Verfahrensschritt S4 wird ein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors als anwesend erkannt, wenn die im ersten Durchlauf bestimmte Abweichung und die im zweiten Durchlauf bestimmte Abweichung gemeinsam auf ein positives Abweichen oder gemeinsam auf ein negatives Abweichen des Ausschwingsignals von dem Referenz-Ausschwingsignal hindeuten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit ausgeführt, wobei das

Ausschwingsignal möglichst vieler verschiedener Sendesignale ausgewertet wird. Besonders vorteilhaft dabei ist es, wenn die Sendesignale sich in ihrer Endfrequenz deutlich unterscheiden, da sich eine temperaturbedingte

Verschiebung der Eigenresonanz des Schallwandlers nur in eine

Frequenzrichtung ausprägt. Verschiebt sich beispielsweise die Eigenresonanz des Schallwandlers von 48kHz auf 50kHz, dann wird ein signalangepasster Filter bei 52kHz eine Erhöhung, ein signalangepasster Filter bei 42kHz eine

Verringerung der Abweichung zeigen. Wird in beiden signalangepassten Filtern eine Erhöhung detektiert, dann kann daraus mit hoher Sicherheit auf ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors geschlossen werden.

Eine sechste Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der fünften Ausführungsform. Jedoch wird eine Modulation des Sendesignals zwischen dem ersten Durchlauf und vor dem zweiten Durchlauf variiert. In dem vierten Verfahrensschritt S4 wird dabei die Anwesenheit eines Objektes im Nahbereich des Ultraschallsensors erkannt, wenn die im ersten Durchlauf bestimmte Abweichung und die im zweiten Durchlauf bestimmte Abweichung in unterschiedlichem Umfang von dem Referenz-Ausschwingsignal abweichen.

Somit werden zwei Sendesignale gewählt, welche eine gleiche

Ausschwingsignatur besitzen, jedoch eine unterschiedliche Modulation (Phase oder Amplitude) aufweisen. Ohne ein Objekt im Nahbereich des

Ultraschallsensors würden identische Abweichungen berechnet werden. Befindet sich ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors ändert sich die

Echosignatur mit der gewählten Sendeform, so dass durch Interferenz von Echosignal und Ausgangssignal eine unterschiedliche Abweichung bestimmt wird.

In alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird anstelle des durch einen signalangepassten Filter erzeugten Ausschwingsignals eine Momentanfrequenz des Ausgangssignals verwendet. Diese könnte durch unterschiedliche Verfahren ermittelt werden, wie z.B. mittels einer Nulldurchgangsbestimmung oder aus einer Berechnung der Momentanphase.

Figur 3 zeigt einige beispielhafte Signalverläufe für unterschiedliche

Ausführungsformen der der Erfindung, die in zeitlichen Bezug zueinander gesetzt sind. Dabei zeigt ein erstes Diagramm 1 1 den zeitlichen Verlauf des

Ausgangssignals ohne ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors und ein zweites Diagramm 12 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals mit ein Objekt 30mm vor dem Ultraschallsensor und somit im Nahbereich des Ultraschallsensors. Das Ausgangssignal, welches an dem Schallwandler anliegt, entspricht in einem ersten Zeitintervall t1 dem Sendesignal. In dem dritten Zeitintervall t3, der das zweite Zeitintervall t2 und das bevorzugte Messintervall t4 umfasst, findet ein Ausschwingen des Schallwandlers statt. Es erfolgt also keine Anregung des Schallwandlers. Das Ausgangssignal wird in dem zweiten

Zeitintervall von dem Ausschwingen des Schallwandlers dominiert. In dem bevorzugten Messintervall t4 erfolgt ein Echoempfang ohne oder mit geringem Ausschwinganteil. Ein drittes Diagramm 13 zeigt den Frequenzverlauf 4 des Ausgangssignals ohne ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors und den Frequenzverlauf 5 des Ausgangssignals mit einem Objekt 30mm vor dem Ultraschallsensor. Die beiden Frequenzverläufe 4, 5 decken sich in dem ersten Zeitintervall t1 . Insbesondere in dem bevorzugten Messintervall t weichen diese voneinander ab. Ein viertes Diagramm 14 zeigt das Signal an dem Ausgang des signalangepassten Filters ohne ein Objekt im Nahbereich des Ultraschallsensors und somit das Referenz-Ausschwingsignal 2 der ersten Ausführungsform der Erfindung. Ferner zeigt das vierte Diagramm 14 das Signal an dem Ausgang des signalangepassten Filters mit einem Objekt 30mm vor dem Ultraschallsensor und somit das Ausschwingsignal 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 3 verwiesen.