DE10103936A1 - Ultraschall-Sonarsystem und -verfahren mit Verwendung einer Sendefrequenz, die von einer Nachschwingungsfrequenz verschieden ist - Google Patents
Ultraschall-Sonarsystem und -verfahren mit Verwendung einer Sendefrequenz, die von einer Nachschwingungsfrequenz verschieden istInfo
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Abstract
Ein Ultraschall-Sonarsystem besitzt einen Sender/Empfänger (1), der mit einem Ultraschall-Oszillator (20) ausgestattet ist. Es wird eine Ultraschallwelle von dem Sender/Empfänger (1) ausgesendet. Die von einem Hindernis reflektierte Ultraschallwelle wird durch den Ultraschall-Oszillator (20) empfangen, um das Hindernis zu detektieren. Die Sendefrequenz der Ultraschallwelle wird so eingestellt, daß sie von der Frequenz der Abklingschwingung oder Nachschwingung verschieden ist. Wenn das Hindernis detektiert wurde, setzt ein Mikrocomputer (5) das durch den Ultraschall-Oszillator (20) empfangene analoge Signal in ein digitales Signal um, führt eine Frequenztransformation dieses Signals vermittels einer Fourier-Transformation durch, um lediglich die Sendefrequenzkomponente zu extrahieren, und führt eine Invers-Transformation durch.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-Sonarsystem zum Detektieren
des Vorhandenseins eines Hindernisses, indem eine Ultraschallwelle ausgesendet wird
und eine Welle empfangen wird, die von dem Hindernis reflektiert wurde, und um die
Entfernung zu dem Hindernis zu berechnen.
Ultraschallsonarsysteme, die für Fahrzeuge verwendet werden, sind als Rück
sonars (back sonars) und als Ecksonars (corner sonsars) bekannt. Solch ein Fahrzeug-
Sonargerät umfaßt allgemein einen Ultraschall-Sender/Empfänger (einen Sender und
einen Empfänger, die einen Ultraschall-Oszillator verwenden), der in einem Stoßfänger
eines Fahrzeugs montiert ist. Dieser Sender/Empfänger sendet Impulse einer Ultra
schallwelle aus und empfängt Echoimpulse von einem Hindernis. Die Laufzeit der Ul
traschallwelle wird gemessen und es wird der Abstand zu dem Hindernis aus der gemes
senen Zeit berechnet.
Spezifischer ausgedrückt, wird die Einhüllende der Echowelle detektiert. Wenn
die detektierte Einhüllende einen bestimmten Schwellenwertpegel überschreitet, wird
festgelegt, daß ein Hindernis vorhanden ist. Es wird dann der Abstand zu dem Hindernis
aus der Dauer zwischen dem Moment, wenn die Ultraschallwelle ausgesendet wird und
dem Moment, wenn der Schwellenwertpegel überschritten wird, berechnet. Das Sonar
gerät informiert den Fahrer über das Vorhandensein eines Hindernisses gemäß dem Be
rechnungsergebnis des Abstandes. Das heißt, wenn das Fahrzeug parkt oder eine Kehre
fährt, wird die Möglichkeit der Berührung mit einem Hindernis festgestellt. Dann warnt
das Sonarsystem einen Fahrzeugfahrer, um eine mögliche Kollision mit dem Hindernis
zu vermeiden.
Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen einzelnen Ultraschall-Oszillator, der
eine Ultraschallwelle aussendet und empfängt. Selbst nachdem die Ultraschallwellen-
Aussendeoperation des Ultraschall-Oszillators angehalten wurde, fährt der Oszillator
damit fort, zu oszillieren, und zwar auf Grund seiner mechanischen Trägheit, das heißt
der Nachschwingung. Dort, wo sowohl das Aussenden als auch das Empfangen durch
einen Ultraschall-Oszillator von einem Impulsradarsystem ausgeführt werden und die
Einhüllende einer Echowelle detektiert wird, um ein Hindernis festzustellen, kann die
Echowelle nicht von der Nachschwingung (Abklingschwingung) unterschieden werden,
wenn die Echowelle empfangen wird, bevor die Nachschwingung verschwindet. Es ist
demzufolge schwierig, Hindernisse zu detektieren, die in einer Nähe vorhanden sind,
beispielsweise weniger als etwa 25 cm.
In dem offengelegten japanischen Patent Nr. 268035/1998 wird vorgeschlagen,
daß eine Oszillationsfrequenz f1, die von der Resonanzfrequenz fr eines Sen
der/Empfängers (Ultraschallsensors) verschieden ist, verwendet wird. Die Detektion
wird mit einem Filter vorgenommen, welches die Frequenz von |fr - f1| durchläßt, die
einer Schwebungsfrequenz entspricht. Dort, wo eine Echowelle einer Nachschwingung
überlagert wird, wenn das Signal verstärkt wird, führt der Abschnitt der Ausgangsgröße
aus dem Verstärker, der die Echowelle (Empfang) anzeigt, zu einer Sättigung auf Grund
einer übermäßigen Verstärkung. Speziell gesagt, muß die Verstärkung so eingestellt
werden, daß selbst schwache Echowellen von entfernten Hindernissen detektiert werden
können. Daher tritt eine Sättigung auf, wenn eine Echowelle von einem Hindernis in
kurzem Abstand empfangen wird. Somit erscheint die Schwebungsfrequenz |fr - f1|
nicht und es kann somit das empfangene Signal nicht detektiert werden.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-
Sonarsystem zu schaffen, welches die Fähigkeit besitzt, Hindernisse in der Nähe zu de
tektieren.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aussenden einer
Ultraschallwelle von einem Ultraschall-Sonarsystem anzugeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sendet ein Ultraschall-Oszilla
tor eine Ultraschallwelle aus. Die Ultraschallwelle, die eine von der Nachschwingfre
quenz unterschiedliche Frequenz besitzt, wird ausgesendet, da die Nachschwingfre
quenz (reverberation frequency) durch den Ultraschall-Oszillator und die Schaltungs
konstante einer zugeordneten elektronischen Schaltung bestimmt wird und nicht von der
Sendefrequenz abhängig ist. Eine von einem Hindernis reflektierte Echowelle wird
durch den Ultraschall-Oszillator empfangen. Das von dem Ultraschall-Oszillator emp
fangene Signal wird von einer analogen Form in eine digitale Form umgesetzt. Das di
gitale Signal erfährt eine digitale Signalverarbeitung, um lediglich die Sendefrequenz
komponente zu extrahieren, um das Hindernis zu detektieren. Das heißt, die reflektierte
Welle, die in der Nachschwingung enthalten ist, wird aus der empfangenen Welle durch
die digitale Signalverarbeitung extrahiert.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ultraschall
welle mit einer gegebenen Frequenz ausgesendet. Die Nachschwing- oder Widerhallfre
quenz wird berechnet. Eine Frequenz, die von der berechneten Nachschwing- oder Ab
klingfrequenz verschieden ist, wird eingestellt und wird in einem Speicher abgelegt.
Eine Ultraschallwelle mit der Frequenz, die in dem Speicher gespeichert ist, wird von
dem Ultraschall-Oszillator ausgesendet. Als ein Ergebnis wird die Möglichkeit geschaf
fen, das System weniger empfänglich gegenüber Schwankungen bei einzelnen im Han
del erhältlichen Produkten zu machen, die als Sonarsysteme erhältlich sind, das heißt
Schwankungen in der Nachschwingung oder der Abklingschwingung bei einzelnen im
Handel erhältlichen Produkten.
Die oben angegebene Aufgabe und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vor
liegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Sender/Empfängers, der in dem
Ultraschall-Sonarsystem der ersten Ausführungsform enthalten
ist;
Fig. 3 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Ultraschall-Oszilla
tors und dessen zugeordneten Schaltungen, die bei der ersten Aus
führungsform enthalten sind;
Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der
ersten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 5 einen Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungsform ver
anschaulicht;
Fig. 6 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungs
form veranschaulicht;
Fig. 7 einen weiteren Zeitplan, der den Betrieb der ersten Ausführungs
form veranschaulicht;
Fig. 8 ein Wellenformdiagramm, welches die Wellenformtransformation
bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 9 ein Wellenformdiagramm, welches die Wellenformtransformation
bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 10 ein Diagramm, welches eine Kurzbereichsmessung bei der ersten
Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der
zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 13 einen Zeitplan, der den Betrieb der zweiten Ausführungsform ver
anschaulicht;
Fig. 14 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der zweiten Ausführungs
form veranschaulicht;
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 ein Flußdiagramm, welches die Signalverarbeitungsoperation der
dritten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 17 ein Wellenformdiagramm einer Wellenform, die dann erhalten
wird, wenn bei der dritten Ausführungsform eine Nachschwin
gung oder Abklingschwingung gefunden wird;
Fig. 18 ein Wellenformdiagramm, bei dem die Nachschwingung oder
Abklingschwingung und die Sendefrequenz bei der dritten Aus
führungsform dicht beieinander liegen;
Fig. 19 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Sonarsystems gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 einen Zeitplan, der die Betriebsweise der vierten Ausführungs
form veranschaulicht;
Fig. 21 einen anderen Zeitplan, der den Betrieb der vierten Ausführungs
form veranschaulicht;
Fig. 22 ein Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vierten Ausfüh
rungsform veranschaulicht;
Fig. 23 ein anderes Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vier
ten Ausführungsform veranschaulicht; und
Fig. 24 ein weiteres Wellenformdiagramm, welches den Betrieb der vier
ten Ausführungsform veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung wird nun mehr in Einzelheiten unter Hinweis auf die
verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sind
gleiche Bezugszeichen dafür verwendet, um bei allen Ausführungsformen die gleichen
Teile zu bezeichnen.
Ein Ultraschall-Sonarsystem, welches in Fig. 1 gezeigt ist, ist in einem Fahrzeug
montiert und wird als ein Rücksonar (back sonar) oder als ein Ecksonar (corner sonar)
verwendet. Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen Ultraschall-Oszillator, der dazu
verwendet wird, um eine Ultraschallwelle auszusenden und zu empfangen, um ein Hin
dernis mit Hilfe eines Impulssonarsystems zu detektieren.
Das Ultraschall-Sonarsystem umfaßt einen Sender/Empfänger (Ultraschallsensor)
1, eine Sende-/Empfangsschaltschaltung 2 mit Schaltern SW1 und SW2, einem Sende
system 3, einem Empfangssystem 4, einem Mikrocomputer (MC) 5, einer Anzeigevor
richtung 6 und einem Summer 7. Der Sender/Empfänger 1 ist mit einem Ultraschall-
Oszillator ausgestattet und ist an dem Heck oder einer Eckpartie in einem rückwärtigen
Fahrzeugstoßfänger eingesetzt, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die anderen Teile 2-7
sind in der Fahrzeugfahrgastzelle platziert. Das Sendesystem 3 umfaßt eine Oszillator
schaltung (OSC) 8, die ein Sendesignal von 39 kHz erzeugt. Das Empfangssystem 4
besitzt ein Tiefpaßfilter (LPF) 9, eine Verstärkerschaltung (AMP) 10, eine Einhüllende-
Detektorschaltung (ENV) 11 und einen Komparator (COMP) 12. Der Mikrocomputer 5
besitzt einen A/D-Umsetzer (ADC) 13.
Die Oszillatorschaltung 8 des Sendesystems 3 ist mit dem Sender/Empfänger 1
über den Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 verbunden. Der Sen
der/Empfänger 1 ist mit dem Tiefpaßfilter 9 in dem Empfangssystem 4 über den Schal
ter SW2 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 verbunden. Der Sender/Empfänger 1
sendet eine Ultraschallwelle zu dem Heckbereich oder den Eckenumgebungen des Fahr
zeugs aus, und zwar im Ansprechen auf das Signal von der Oszillatorschaltung 8 und
empfängt eine Echowelle von einem Hindernis. Der Sender/Empfänger 1 schickt ein
entsprechendes empfangenes Ultraschallsignal zu dem Tiefpaßfilter 9. Einer der Schal
ter SW1 und SW2 in der Sende-Empfangsschalterschaltung 2 wird zu einem Zeitpunkt
unter der Steuerung des Mikrocomputers geschlossen. Speziell, wenn die Ultraschall
welle ausgesendet wird, wird der Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung
2 geschlossen. Wenn die reflektierte Welle empfangen wird, wird der Schalter SW2
geschlossen.
Bei dem Empfangssystem 4 entfernt das Tiefpaßfilter 9 die elektrischen Störsi
gnale, die dem Ultraschallsignal von dem Sender/Empfänger 1 überlagert wurden. Das
Ausgangssignal aus dem Filter 9 wird durch die Verstärkerschaltung 10 verstärkt. Das
heißt, das Signal, welches der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, wird auf einen
Pegel verstärkt, bei dem eine Analog-zu-Digital-Umsetzung möglich ist. Das Ausgangs
signal aus der Verstärkerschaltung 10 wird zu der Einhüllende-Detektorschaltung 11
gesendet, die ihrerseits die Einhüllende detektiert. Die detektierte Einhüllende wird mit
einem gegebenen Signalwert vermittels des Komparators 12 verglichen. Das Vergleich
sergebnis wird zu dem Mikrocomputer 5 gesendet und wird zusammen mit der gemes
senen Nachschwing- oder Abklingzeit nach dem Anhalten der Aussendung der Ultra
schallwelle verwendet, um zu bestätigen, daß kein Bruch in den elektrischen Drähten
aufgetreten ist.
Das Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 wird zu dem A/D-Umsetzer
13 des Mikrocomputers 5 gesendet. Der A/D-Umsetzer 13 wandelt sein Eingangssignal
in ein entsprechendes digitales Signal um. Das heißt, der A/D-Umsetzer 13 setzt das
analoge Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung 10 in ein digitales Signal um.
Der Mikrocomputer 5 führt verschiedene Berechnungen durch, abhängig von dem
Signal von dem Komparator 12 und von dem digitalen Wert entsprechend dem Aus
gangssignal aus dem Sender/Empfänger 1 und führt eine Bestimmung durch, ob ein
Hindernis vorhanden ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung darin besteht, daß ein
Hindernis nahe bei dem Fahrzeug vorhanden ist, warnt der Mikrocomputer den Fahr
zeugfahrer unter Verwendung der Anzeigevorrichtung 6 und des Summers 7. Spezifisch
wird der Abstand zu dem Hindernis gemessen und der Mikrocomputer 5 informiert den
Fahrer über den gemessenen Abstand, indem er den Abstand in Ausdrücken des Inter
valls zwischen Schallimpulsen wiedergibt oder indem er den Abstand an der Anzeige
vorrichtung 6 darstellt.
Die Schaltungskonfiguration des Senders/Empfängers 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Der
Sender/Empfänger 1 besitzt einen Ultraschall-Oszillator 20 als eine Hauptkomponente
und enthält ferner externe zugeordnete Schaltungen, die aus einer Treiberschaltung
(DRV) 21, einem Übertrager 22 und einem Kondensator 23 besteht. Die externe Schal
tungsanordnung, die den Übertrager 22 und den Kondensator 23 enthält, arbeitet dahin
gehend, um die Nachschwing- oder Abklingzeit auf ein Minimum zu reduzieren.
Eine äquivalente Schaltung des Senders/Empfängers 1 ist in Fig. 3 gezeigt und be
steht aus Widerständen 31, 32, 33, einem Kondensator 34 und aus Induktivitäten 35, 36,
37. Wenn der Schalter SW1 der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen wird,
wird der Ultraschall-Oszillator 20 im Ansprechen auf ein Sendesignal von 39 kHz akti
viert.
Die Nachschwing- oder Abklingfrequenz und die Sendefrequenz werden in der
folgenden Weise definiert. Wenn eine Spannung V0 an den Ultraschall-Oszillator 20,
der in Fig. 3 gezeigt ist, angelegt wird, ist die Dämpfungsfrequenz (das heißt die Nach
schwingfrequenz) Frev gleich der natürlichen Frequenz (Resonanzfrequenz) Fres der
gesamten Schaltung, bestimmt durch die Impedanz der gesamten Schaltung. Die Nach
schwingfrequenz Frev hängt von der Frequenz des Sendesignals ab, welches von der
Oszillatorschaltung 8 erzeugt wird und stimmt nicht mit der Sendefrequenz Fo überein,
entsprechend dem Ausdruck Frev ≠ Fo. Daher ist die Nachschwingfrequenz Frev kon
stant und von der Sendefrequenz Fo unabhängig.
Das heißt es wurde festgestellt, daß die Nachschwing- oder Abklingfrequenz Frev
durch den Ultraschall-Oszillator 20 bestimmt wird und auch durch die Zeitkonstante der
zugeordneten Schaltung (das heißt durch die Impedanz der gesamten Schaltung des
Senders/Empfängers 1, der in Fig. 2 gezeigt ist) und nicht von der Sendefrequenz ab
hängig ist. Auf der Grundlage dieser Feststellung wird die Ultraschallwelle mit einer
Frequenz verschieden von der Nachschwingfrequenz Frev ausgesendet und die
Echowellenfrequenzkomponente, die unter der Nachschwingung enthalten ist, wird
durch die digitale Signalverarbeitung (DSP) extrahiert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Fre
quenz der Echowelle gleich der Sendefrequenz.
Der Mikrocomputer 5 ist derart programmiert, um die Signalverarbeitung durch
zuführen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Wellenformen,
die in Verbindung mit der Signalverarbeitung erzeugt werden. Wie in Fig. 5 dargestellt
ist, stellt der Mikrocomputer 5 den Betriebsmodus auf einen Sendemodus zu einem ge
gebenen Zeitpunkt ein. In dem Sendemodus ist der Schalter SW1 der Sende-
/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen. Das Sendesignal von 39 kHz aus der Oszil
latorschaltung 8 wird zu dem Sender/Empfänger 1 gesendet, der seinerseits eine Ultra
schallwelle zur Umgebung des Fahrzeugs aussendet. Der Mikrocomputer 5 schaltet den
Betriebsmodus auf den Empfangsmodus um. Im Empfangsmodus ist der Schalter SW2
der Sende-/Empfangsschalterschaltung 2 geschlossen. Eine Echowelle von einem Hin
dernis wird durch den Sender/Empfänger 1 empfangen und wird in ein elektrisches Si
gnal umgewandelt, welches seinerseits zu dem Tiefpaßfilter 9 des Empfangssystems 4
gesendet wird. Die Nachschwingfrequenz liegt bei 43 kHz.
Auf Grund der Eigenschaften des Senders/Empfängers 1 setzt sich die Nach
schwingung oder Abklingschwingung nach der Umschaltung des Betriebsmodus auf
Empfang fort. Daher erreicht die Anschlußspannung des Senders/Empfängers 1 eine
Wellenform, wie sie durch (b) angezeigt ist. Die Nachschwingung existiert für eine Pe
riode von etwa 900 bis 1000 µs, in welcher eine empfangene Ultraschallwelle für eine
Periode von etwa 250 µs als Beispiel ausgesendet wird. Die Welle in (b) zeigt einen
Fall, bei dem keine empfangene Ultraschallwelle (kein Hindernis) vorhanden ist. Wenn
ein Hindernis vorhanden ist und eine Echowelle von diesem erzeugt wird, dann ändert
sich eine Wellenform so, wie durch (c) dargestellt ist.
Das Ausgangssignal aus dem Sender/Empfänger 1 wird durch das Tiefpaßfilter 9
und die Verstärkerschaltung 10 hindurchgeleitet. Das Ausgangssignal aus der Verstär
kerschaltung 10 erreicht eine Wellenform, wie sie durch (d) angezeigt ist. Unter dieser
Bedingung ist die Echowelle innerhalb der Nachschwingung vorhanden. Wie in dem
vergrößerten Diagramm von Fig. 7 gezeigt ist, werden dann, wenn sich ein Hindernis in
der Nähe befindet, die Nachschwingung, die durch (b) angezeigt ist, und die Echowelle,
die durch (c) angezeigt ist, auf dem empfangenen Signal überlagert. Es wird somit das
Signal, welches durch (a) angezeigt ist, von der Verstärkerschaltung 10 an die Einhül
lende-Detektorschaltung 11 angelegt. Wenn das Verfahren zum Detektieren der Ein
hüllenden des Ausgangssignals von der Verstärkerschaltung 10 aufgenommen wird,
kann die Echowelle nicht detektiert werden. Es wird demzufolge bei der vorliegenden
Ausführungsform die Verarbeitung, die in Fig. 4 veranschaulicht ist, zu dem Zweck
ausgeführt, um die Echowelle von bzw. aus der Nachschwingung zu extrahieren, wo
durch das Hindernis detektiert wird, wie dies durch (e) in Fig. 5 veranschaulicht ist.
Das in eine digitale Form durch den Analog-zu-Digital-Umsetzer (ADC) 13 um
gesetzte Signal wird auf diese Weise der digitalen Signalverarbeitung (DSP) unterzo
gen, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Um nun auf Fig. 4 einzugehen, so speichert der
Mikrocomputer 5 bei dem Schritt 100 den Amplitudenwert g(t) in einem Speicher, bis
eine Periode von 5 ms vom Start der Aussendung einer Ultraschallwelle verstrichen ist.
Diese Wellenform, die während einer Periode von 5 ms erzeugt wurde, ist durch (b) in
Fig. 6 gezeigt. Dann verarbeitet der Mikrocomputer 5 den gespeicherten Amplituden
wert g(t), der während der Periode von 5 ms erzeugt wurde, um g'(t) zu erhalten, und
zwar unter Verwendung einer Fensterfunktion, was bei dem Schritt 101 geschieht. Die
resultierende Wellenform ist durch (c) in Fig. 6 angezeigt. Der Mikrocomputer S setzt
die Wellenform in ein Frequenzspektrum G'(f) durch eine schnelle Fourier-Transforma
tion (FFT) bei dem Schritt 102 um. Die resultierende Wellenform ist durch (d) in Fig. 6
dargestellt.
Die Nachschwingfrequenz Frev ist die Resonanzfrequenz Fres, das heißt 43 kHz
des Senders/Empfängers 1. Die Frequenz der Sendewelle und damit die Frequenz der
empfangenen Welle beträgt 39 kHz. Wenn daher eine Echowelle von einem Hindernis
auftritt, erscheint eine Komponente von 39 kHz.
Der Mikrocomputer 5 extrahiert die Komponente, die dicht bei 39 kHz liegt, das
heißt die Sendefrequenz aus dem Frequenzspektrum G'(f), was bei dem Schritt 103 er
folgt. Ein Koeffizient, der für die Extraktion verwendet wird, ist durch eine Funktion
H(f) angezeigt. Bei dem vorliegenden Beispiel wird eine Kosinuskurve verwendet, wie
dies durch eine unterbrochene Linie in (d) von Fig. 6 dargestellt ist. Die extrahierte
Wellenform ist durch (e) dargestellt.
Der Mikrocomputer 5 führt eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT)
bei dem Schritt 104 durch. Als ein Ergebnis erscheint eine Echowelle als eine Wellen
form in der Zeitdomäne, wie durch (f) in Fig. 6 gezeigt ist. Der Mikrocomputer 5 mißt
die Zeit Δt zwischen dem Moment, wenn die Sendung gestartet wird, und dem Moment,
wenn der Pegel der Echowelle von dem Hindernis einen Schwellenwertpegel über
schreitet. Er berechnet den Abstand L zu dem Hindernis bei dem Schritt 105, und zwar
unter Verwendung der Gleichung, die gegeben ist als L = 0,5.Δt.V. Darin bedeutet V
die Schallgeschwindigkeit. Der Mikrocomputer 5 informiert den Fahrer über den be
rechneten Abstand L zum Hindernis.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ultraschallwelle einer Frequenz,
die von der natürlichen Frequenz des Sonarsystems verschieden ist, welches den Ultra
schall-Oszillator und zugeordnete Schaltungselemente enthält, ausgesendet. Der in her
kömmlicher Weise nicht detektierbare Bereich von beispielsweise 0 bis 25 cm kann
eingeschränkt werden auf L = 0 bis ca. 10 cm.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform die FFT und die inverse FFT (IFFT)
verwendet, kann die Wellenformverarbeitung alternativ dazu verwendet werden, um die
Frequenz zu jedem Zeitpunkt zu detektieren. Ferner kann auch ein digitales Filter oder
ein steiles Analogfilter verwendet werden.
Im Falle der Verwendung einer Wellenformverarbeitung (wavelet processing)
kann die Frequenz zu jedem Zeitpunkt detektiert werden. Die Wellenform (a) in Fig. 7
zeigt die Eingangswellenform zum Mikrocomputer 5, wobei die ausgesendete Wellen
form ausgeschlossen ist. Die Eingangsgröße besteht aus einer Kombination aus Nach
schwingungs- und Empfangswellenform. Diese Eingangswellenform wird der Wellen
formverarbeitung unterzogen, was dann zu dem Ergebnis führt, welches in Fig. 8 ge
zeigt ist. Die horizontale Achse des linken Abschnitts von Fig. 8 gibt die Zeit (t) an,
während die vertikale Achse die Frequenz anzeigt. Dieser linke Abschnitt zeigt eine
zweidimensionale Verteilung der Frequenz an. Solche Abschnitte, welche die gleiche
Amplitude besitzen, sind durch eine Linie verbunden. Es kann ersehen werden, daß das
Aussenden und der Empfang der Frequenzverteilung aus der Nachschwing- oder Ab
klingfrequenzverteilung diskriminiert werden kann.
Der rechte Abschnitt von Fig. 8 zeigt das Ergebnis der schnellen Fourier-Trans
formation (FFT) der Wellenform von Fig. 7. Die Berechnung von lediglich der Sende
frequenz führt zu einer Wellenform, die in Fig. 9 gezeigt ist, wo die Zeit Δt zwischen
dem Moment, wenn die Aussendung startet, und dem Moment, wenn der Schwellen
wertpegel überschritten wird, gemessen wurde. Der Abstand L zu dem Hindernis wird
derart berechnet, daß der Abstand L zu dem Hindernis durch die Wellenformverarbei
tung berechnet werden kann.
Die erste Ausführungsform besitzt somit die folgenden Merkmale:
- a) Eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz, die von der Nachschwingfre quenz verschieden ist, wird von dem Ultraschall-Oszillator 20 ausgesendet. Dann wird eine Echowelle empfangen, deren analoges Signal durch den Ultraschall-Oszillator 20 empfangen wird und in ein digitales Signal umgesetzt wird. Das digitale Signal wird einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen, um lediglich die Sendefrequenzkompo nente zu extrahieren. Im Falle der Fourier-Transformation wird eine Frequenztransfor mation durchgeführt und es wird dann lediglich die Sendefrequenzkomponente extra hiert. Dann wird eine inverse Transformation ausgeführt. Es kann somit ein sich in der Nähe befindendes Hindernis detektiert werden.
- b) Der Abstand L zu einem Hindernis wird aus der Zeit Δt zwischen dem Moment, wenn die Sendung gestartet wird, und dem Moment, wenn der Pegel der Echowelle von dem Hindernis einen Schwellenwertpegel überschreitet, berechnet.
Die zweite Ausführungsform ist derart konstruiert, um ein Hindernis in einem Ab
stand von weniger als etwa 10 cm zu detektieren, während die erste Ausführungsform so
konstruiert ist, um ein Hindernis in einem Abstand von beispielsweise 10 cm bis 25 cm
zu detektieren.
Bei dieser Ausführungsform, die in Fig. 11 dargestellt ist, ist das Ultraschall-
Sonarsystem von der ersten Ausführungsform hinsichtlich seines Sendesystems 3 und
der Schalterschaltung 2 unterschiedlich. Das Sendesystem 3 besitzt zwei Oszillator
schaltungen (OSCs) 8a und 8b, die Sendesignale mit unterschiedlichen Frequenzen f1
bzw. f2 erzeugen. Insbesondere erzeugt die Oszillatorschaltung 8a ein Signal von 39
kHz (= f1). Die Oszillatorschaltung 8b erzeugt ein Signal von 35 kHz (= f2). Die Oszil
latorschaltung 8a ist mit dem Sender/Empfänger 1 über einen Schalter SW1a verbun
den, während die Oszillatorschaltung 8b mit einem Sender/Empfänger 1 über einen
Schalter SW1b verbunden ist. Diese Schalter SW1a und SW1b werden durch den Mi
krocomputer 5 geöffnet und geschlossen. Der Mikrocomputer 5 empfängt das Aus
gangssignal von dem Empfangssystem 4, setzt das analoge Signal in ein digitales Signal
um und führt eine Frequenzanalyse durch eine Wellenformverarbeitung durch, wie dies
in Fig. 12 dargestellt ist.
Die Sendefrequenz wird zwischen den Frequenzen f1 und f2 umgeschaltet. Die
Frequenzanalyse wird durch die Wellenformanalyse gemäß FFT oder IFFT durchge
führt. Jedoch unterscheidet sich die empfangene Wellenform, die nach der Trennung
von der Nachschwingung erhalten wurde, gemäß einer Modifikation der Sendefrequenz.
(f) in Fig. 13 zeigt die empfangene Wellenform, die nach der Trennung der Nach
schwingfrequenz (= 43 kHz) erhalten wurde, wenn die Sendefrequenz f1 bei 39 kHz lag.
(g) in Fig. 13 zeigt eine Wellenform, die dann erhalten wird, wenn die Sendefrequenz
von f1 zu f2 (= 35 kHz) geändert wird. Das heißt die Sendefrequenz f2 (= 35 kHz) ist
von der Nachschwingfrequenz (= 43 kHz) mehr differenziert als die Sendefrequenz f1
(= 39 kHz).
Die Messungen der Abstände unter Verwendung der Sendefrequenzen f1 und f2
führen zu den folgenden Vorteilen und Nachteilen. Die Verwendung der Sendefrequenz
f1 (= 39 kHz) näher an der natürlichen Frequenz (Nachschwing- oder Abklingfrequenz)
ist vom Gesichtspunkt einer Resonanz aus wünschenswert. Das heißt der Pegel der
Echowelle kann erhöht werden. Die Verwendung der zweiten Frequenz f2 (= 35 kHz)
mehr differenziert von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz ist vom Gesichtspunkt
der Trennung der Frequenzkomponente, die zu extrahieren ist, wünschenswert. Das
heißt, wenn die Sendefrequenz auf f1 (= 39 kHz) eingestellt wird, wie dies durch (f)
dargestellt ist, ist der Nachschwing- oder Abklingwert hoch, und zwar bei kurzen Ab
ständen. Es ist daher bei einem ziemlich kurzen Abstand von weniger als 10 cm schwie
rig, die Nachschwingung von der empfangenen Welle zu diskriminieren. Diese empfan
gene Welle erscheint nicht als ein Ausgangssignal. In der Konsequenz beginnt das Aus
gangssignal bei einem Abstand von ca. 10 cm zu erscheinen. Der Schwellenwertpegel
wird nach Zeiten von Δt1 und Δt2 überschritten. Dort, wo die Sendefrequenz von f1
nach f2 umgeschaltet wird, wie dies gemäß (g) dargestellt ist, und dort, wo der Unter
schied zur Nachschwingfrequenz erhöht ist, ist es einfacher, die Echowelle zu separie
ren. Jedoch nimmt der Druck der Schallwelle, die ausgesendet wird, ab. Daher nimmt
die Spannung der reflektierten Welle ab. Hindernisse in größeren Abständen können
nicht detektiert werden, jedoch können Hindernisse in der Nähe detektiert werden. Es
erscheint daher eine Welle, die den Schwellenwertpegel überschreitet, nach Zeiten von
Δt0 und Δt1.
Um nun auf Fig. 12 einzugehen, so führt der Mikrocomputer 5 eine Wellenform-
Transformation, FFT oder IFFT, an der Sendefrequenz f1 durch, um die Sendefrequenz
(Empfangsfrequenz) bei dem Schritt 200 zu extrahieren. Die Frequenzkomponente vor
der Extraktion der Sendefrequenz (Empfangsfrequenz) ist gemäß (a) in Fig. 14 darge
stellt. Diese ändert sich in die Form gemäß (b) in Fig. 14. Dann vergleicht der Mikro
computer 5 diese mit dem Schwellenwertpegel, wie dies gemäß (f) in Fig. 13 dargestellt
ist, und bestimmt bei dem Schritt 201, ob eine Vielzahl an Zeiten Δt vorhanden ist, das
heißt, ob eine Vielzahl an Echowellen, die über dem Schwellenwertpegel liegen, emp
fangen werden. Wenn beispielsweise Δt1 und Δt2, wie dies gemäß (f) in Fig. 13 gezeigt
ist, vorhanden sind, schätzt der Mikrocomputer 5, daß ein Hindernis vorhanden ist und
auch daß eine Möglichkeit besteht, daß die Ultraschallwelle eine Vielzahl von Malen
zwischen dem Sender/Empfänger 1 und dem Hindernis reflektiert wurde.
Ferner führt der Mikrocomputer 5 bei dem Schritt 202 eine Kurz-Abstandsbe
reichs-Detektion durch, indem er die Sendefrequenz auf f2 einstellt, um zu überprüfen,
ob ein Hindernis in unmittelbarer Nähe oder Nachbarschaft vorhanden ist (weniger als
10 cm). Insbesondere wird eine Wellenform-Transformation (Frequenzanalyse) bei der
Sendefrequenz f2 durchgeführt. Die vor der Extraktion der Sendefrequenz (Empfangs
frequenz) erhaltene Frequenzkomponente ist durch (c) in Fig. 14 dargestellt. Diese än
dert sich in die Form, die durch (d) in Fig. 14 gezeigt ist. Der Mikrocomputer 5 ver
gleicht den erhaltenen Wert mit dem Schwellenwertpegel, wie dies durch (g) in Fig. 13
dargestellt ist, und bestimmt bei dem Schritt 203, ob Δt0 kleiner ist als Δt1. Wenn kein
Δt0 vorhanden ist, bestimmt der Mikrocomputer 5, daß kein Hindernis in der Nähe vor
handen ist und er berechnet den Abstand L aus Δt1 bei dem Schritt 205. Wenn ein Δt0
vorhanden ist, so bestimmt der Mikrocomputer 5, daß ein Hindernis in der Nähe vor
handen ist und er berechnet den Abstand L aus Δt0, was bei dem Schritt 204 erfolgt.
Wenn der Mikrocomputer bestimmt, daß ein Hindernis in einem Abstand von 10
bis 50 cm vorhanden ist, das heißt es erscheint eine empfangene Wellenform nach der
Zeit entsprechend den 10 bis 50 cm, so wird die Sendefrequenz auf die Frequenz ge
schaltet, die stärker von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz differenziert ist. Auf
diese Weise kann eine Detektion eines Hindernisses in einem ziemlich kurzen Abstand
von weniger als 10 cm durchgeführt werden.
Die zweite Ausführungsform besitzt die folgenden Merkmale.
Es wird ein Hindernis mit Hilfe einer ersten Sendefrequenz f1 detektiert. Wenn
innerhalb des ersten kurzen Abstandes ein Hindernis detektiert wird, wird die Sendefre
quenz auf die zweite Frequenz f2 geschaltet, die stärker von der Nachschwingfrequenz
differenziert ist, und es kann die Echowelle in einfacher Weise abgetrennt werden, so
daß eine exakte Detektion eines Hindernisses ermöglicht wird.
Die dritte Ausführungsform ist derart konstruiert, um in präziser Weise die Emp
fangsfrequenz von der Nachschwingung im Hinblick auf die folgenden Gründe zu tren
nen. Das heißt einzelne im Handel erhältliche Produkte, die als Sonarsysteme verfügbar
sind, unterscheiden sich in der Abklingfrequenz auf Grund von Variationen in der Re
sonanzfrequenz des Senders/Empfängers selbst, auf Grund von Variationen in der elek
trischen Schaltung, die dem Sender/Empfänger zugeordnet ist und auf Grund der ange
fügten Meßlehren (jigs). Daher kann die Nachschwing- oder Abklingfrequenz nicht von
der Empfangsfrequenz in präziser Weise abgetrennt werden. Wenn die Sendefrequenz
stark von der Nachschwingfrequenz differenziert ist (der Resonanzfrequenz), tritt eine
stärkere Abweichung vom Resonanzpunkt auf. Dies macht dann den Sender-
/Empfängersensor unbrauchbar.
Bei der dritten Ausführungsform, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, ist der Mikrocom
puter 5 mit einem nichtflüchtigen Speicher 5a ausgestattet, um darin die Sendefrequenz
zu speichern, die von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz verschieden ist. Ein Ul
traschall-Oszillator, der die Fähigkeit hat, die Sendefrequenz einzustellen, kann bei der
vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Spezifischer gesagt, kann die Fre
quenz des Signals, welches zu dem Sender/Empfänger 1 von der Oszillatorschaltung 8
gesendet wird, eingestellt werden.
Der Mikrocomputer 5 ist derart programmiert, um eine Signalverarbeitung so, wie
in Fig. 16 dargestellt ist, durchzuführen, wenn der Sender/Empfänger (Ultraschallsen
sor) 1 an einem Fahrzeug montiert wird, und zwar an Fahrzeugherstellungs- oder Sona
rinstallationsorten. Wenn ein Hindernis so platziert ist, daß es dem Sender/Empfänger 1
gegenüber liegt, veranlaßt der Mikrocomputer 5 den Sender/Empfänger 1, eine Ultra
schallwelle von 40 kHz einer ziemlich kurzen Zeit von beispielsweise 250 µsec auszu
senden, was bei dem Schritt 300 erfolgt. Der Mikrocomputer 5 schaltet den Betriebs
modus von Senden auf Empfangen, was bei dem Schritt 301 erfolgt. Dann veranlaßt der
Mikrocomputer 5 den Sender/Empfänger 1, eine Ultraschallwelle (Echowelle) zu emp
fangen, die von dem Hindernis reflektiert wurde, was bei dem Schritt 302 erfolgt.
Der Mikrocomputer 5 setzt das analoge Ausgangssignal aus dem Sen
der/Empfänger 1 bei dem Schritt 303 in ein digitales Signal um und führte eine schnelle
Fourier-Transformation (FFT) durch, um das Signal von der Zeitdomäne in die Fre
quenzdomäne bei dem Schritt 304 umzusetzen. Der Mikrocomputer 5 bestimmt bei dem
Schritt 305, ob die Nachschwingfrequenzkomponente (Spitze) anders als die Echokom
ponente (Sendefrequenzkomponente) gefunden werden kann, wie in Fig. 17 gezeigt ist.
Wenn dies der Fall ist, stellt der Mikrocomputer 5 die Sendefrequenz bei dem Schritt
306 ein. Wenn andererseits die Sendefrequenz und die Nachschwing- oder Abklingfre
quenz dicht beieinander liegen und irgendeine Spitze anders als die Sendefrequenzkom
ponente nicht detektiert werden kann, das heißt die Nachschwing- oder Abklingfrequenz
nicht gefunden werden kann, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist, so führt der Mikrocomputer
5 den Schritt 307 aus, bei dem die Sendefrequenz um 1 kHz als Beispiel verändert wird.
Dann werden die Schritte 300-305 erneut ausgeführt. Wenn die Sendefrequenz bei dem
Schritt 306 bestimmt wird, speichert der Mikrocomputer 5 die bestimmte Sendefrequenz
in dem nichtflüchtigen Speicher 5a, was bei dem Schritt 308 erfolgt.
Nach der Versendung von dem Herstellung- oder Installationsort führt der Mikro
computer 5 eine Verarbeitung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform durch, wie
dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Spezifisch gesagt, veranlaßt der Mikrocomputer 5 den
Sender/Empfänger 1, eine Ultraschallwelle mit der Sendefrequenz, die in dem nicht
flüchtigen Speicher 5a gespeichert ist, auszusenden. Es wird dann eine Ultraschallwelle,
welche die Frequenz besitzt, die in dem nichtflüchtigen Speicher 5a gespeichert ist, aus
gesendet. Lediglich die Echokomponente von einem Hindernis wird extrahiert. Das Si
gnal wird von der Frequenzdomäne zu der Zeitdomäne transformiert (inverse schnelle
Fourier-Transformation (IFFT)). Der Abstand zum Hindernis wird anhand des Zeit
punktes gemessen, zu dem der bestimmte Schwellenwertpegel überschritten wird. Das
Sonarsystem warnt dann den Fahrer hinsichtlich des Abstandes zu dem Hindernis.
Die dritte Ausführungsform hat die folgenden Merkmale:
- a) Das Sonarsystem ist mit dem Speicher 5a ausgerüstet, der eine Sendefre quenz speichert, die von der Nachschwing- oder Abklingfrequenz verschieden ist. Eine Ultraschallwelle mit der Sendefrequenz, die in dem Speicher 5a abgespeichert ist, wird von dem Ultraschall-Oszillator ausgesendet. Das heißt die Nachschwing- oder Ab klingfrequenz wird in einzigartiger Weise für jedes einzelne Sonarsystem bestimmt. Um Schwankungen unter den einzelnen im Handel erhältlichen Produkten zu beseitigen, nachdem das Sonarsystem an einer gewünschten Stelle installiert worden ist, wird die Sendefrequenz gemessen und wird in dem nichtflüchtigen Speicher 5a gespeichert. Dies beseitigt in präziser Weise die Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwin gung.
- b) Die in dem Speicher 5a gespeicherte Sendefrequenz wird gemäß der Nachschwing- oder Abklingfrequenz eingestellt.
- c) Als ein Verfahren zum Aussenden einer Ultraschallwelle von dem Ultra schall-Sonarsystem wird die Sendefrequenz bestimmt und wird für jedes Fahrzeug in dem Speicher 5a abgelegt. Daher ist das Sonarsystem relativ wenig empfänglich für Schwankungen in der Nachschwingung oder Abklingschwingung bei den individuellen im Handel als Sonarsysteme erhältlichen Produkten.
Auch bei der vierten Ausführungsform wird die Frequenzdomäne der Sende-
(Empfangs-)Frequenzkomponente durch die Frequenzanalyse (FFT) extrahiert, um die
Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwingung wie bei der ersten Ausfüh
rungsform zu beseitigen. Wenn all die Daten von der Zeitdomäne in die Frequenzdo
mäne umgesetzt worden sind, ist die Wirkung der Nachschwing- oder Abklingkompo
nente groß und es kann die Bestimmung der in korrekter Weise empfangenen Welle
behindert werden. Aus diesem Grund ist die vorliegende Ausführungsform so konstru
iert, um dies zu vermeiden.
Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird ein Schalter 50 zwischen der Verstärkerschaltung
10 und der Einhüllende-Detektorschaltung 12 zwischengefügt. Dieser Schalter 50 kann
aus einem Transistor als Beispiel bestehen und wird durch den Mikrocomputer 5 geöff
net und geschlossen. Fig. 12 ist ein Zeitplan, der eine Ausgangswellenform (Ausgangs
signal aus dem Sender/Empfänger 1) der Verstärkerschaltung 10 zeigt, die in Fig. 19
gezeigt ist, als auch den Zustand (EIN oder AUS) des Schalters 50 zeigt.
Während der Aussendung eines Ultraschallsignals öffnet der Mikrocomputer 5
den Schalter 50. Wenn eine Maskierperiode verstrichen ist, schließt der Mikrocomputer
5 den Schalter 50, um das Empfangssignal anzunehmen. Das heißt der Schalter 50 wird
lediglich während einer Periode geschlossen, die der erforderlichen Detektionszone
(10 cm-50 cm) entspricht. Andere Zonen werden ausgeschlossen. Die Nachschwin
gung wird unmittelbar nach dem Anhalten der Aussendung erzeugt. Während eines
ziemlich kurzen Intervalls entsprechend 0 bis 10 cm nach dem Anhalten der Sendung
wird die Messung nicht durchgeführt. Daher wird dieser Zeitintervall vor der Umset
zung von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne beseitigt.
Als ein Ergebnis wird eine Analog-zu-Digital-Umsetzung durchgeführt und es
wird die FFT lediglich dann durchgeführt, wenn der Schalter 50 geschlossen ist, wie in
Fig. 21 dargestellt ist. Die Ergebnisse der FFT sind in Fig. 22 gezeigt. Die Nach
schwing- oder Abklingfrequenzkomponente wird beseitigt und es wird lediglich die
Sendefrequenzkomponente extrahiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 23 gezeigt. Die er
haltenen Daten werden der Invers-FFT unterzogen, was dann zu einer Wellenform führt,
die in Fig. 24 gezeigt ist. Als Konsequenz kann eine Echowelle von einem Hindernis in
korrekter Weise extrahiert werden. Es ist somit lediglich erforderlich, eine Digitalisie
rung lediglich innerhalb des erforderlichen Detektionsbereiches auszuführen. Somit
kann die Digitalsignalverarbeitungsbelastung des Mikrocomputers 5 reduziert werden.
Anstatt der Zeitfrequenz-Transformation unter Verwendung der FFT können auch
Wellenformprozeduren (wavelet procedures) ebenfalls verwendet werden.
Die vierte Ausführungsform hat die folgenden Merkmale:
- a) Der Ultraschall-Oszillator ist so konstruiert, um das empfangene Signal von dem Ende der Aussendung einer Ultraschallwelle in dem Moment abzuweisen, wenn eine reflektierte Ultraschallwelle von einer Detektionszone ankommt, in der ein Hindernis, welches detektiert werden soll, existiert. Wenn daher das Signal von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne umgesetzt wird, fällt die Nachschwing- oder Ab klingfrequenzkomponente relativ ab. Demzufolge kann das Sonarsystem immuner ge genüber den Wirkungen der Nachschwingung oder Abklingschwingung gemacht wer den.
- b) Bevor das empfangene Signal von der analogen Form in die digitale Form umgesetzt wird, weist der Ultraschall-Oszillator das empfangene Signal zurück.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen be
schränkt, sondern sie kann in vielen anderen Formen implementiert werden, ohne da
durch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (8)
1. Ultraschall-Sonarsystem zum Detektieren eines Hindernisses, mit:
einem Ultraschall-Oszillator (20) zum Aussenden einer Ultraschallwelle und zum Empfangen einer Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wurde, wo bei der Ultraschall-Oszillator eine Nachschwing- oder Abklingschwingungsfre quenz erzeugt; und
einer Verarbeitungseinrichtung (5), um den Ultraschall-Oszillator zu veranlassen, die Ultraschallwelle bei einer Sendefrequenz auszusenden, die von der Nach schwingungsfrequenz verschieden ist und um ein analoges Signal, welches durch den Ultraschall-Oszillator empfangen wurde, in ein digitales Signal beim Detek tieren des Hindernisses umzusetzen, und um lediglich eine Komponente der Sen defrequenz aus dem umgesetzten Signal durch eine digitale Signalverarbeitung zu extrahieren.
einem Ultraschall-Oszillator (20) zum Aussenden einer Ultraschallwelle und zum Empfangen einer Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wurde, wo bei der Ultraschall-Oszillator eine Nachschwing- oder Abklingschwingungsfre quenz erzeugt; und
einer Verarbeitungseinrichtung (5), um den Ultraschall-Oszillator zu veranlassen, die Ultraschallwelle bei einer Sendefrequenz auszusenden, die von der Nach schwingungsfrequenz verschieden ist und um ein analoges Signal, welches durch den Ultraschall-Oszillator empfangen wurde, in ein digitales Signal beim Detek tieren des Hindernisses umzusetzen, und um lediglich eine Komponente der Sen defrequenz aus dem umgesetzten Signal durch eine digitale Signalverarbeitung zu extrahieren.
2. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1,
bei dem die Verarbeitungseinrichtung (5) einen Abstand zu dem Hindernis aus ei
ner Zeitperiode zwischen einem Start der Aussendung der Ultraschallwelle und
einem Moment, wenn der Pegel der Ultraschallwelle der Sendefrequenz, die durch
die digitale Signalverarbeitung extrahiert wurde, einen Schwellenwertpegel über
schreitet, berechnet.
3. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1,
bei dem die Sendefrequenz von einer ersten Sendefrequenz (f1) auf eine zweite
Sendefrequenz (f2) umgeschaltet wird, die stärker von der Nachschwingungsfre
quenz differenziert ist als die erste Sendefrequenz, wenn das Vorhandensein eines
Hindernisses innerhalb eines vorbestimmten Abstandes bei Verwendung der er
sten Sendefrequenz detektiert wird.
4. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1, ferner mit
einem Speicher (5a) zum Speichern einer Sendefrequenz, die von der Nach
schwingungsfrequenz verschieden ist,
bei dem die Ultraschallwelle von dem Ultraschall-Oszillator auf der Sendefre
quenz ausgesendet wird, die in dem Speicher gespeichert ist.
5. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 4,
bei dem die in dem Speicher gespeicherte Sendefrequenz entsprechend der Nach
schwingungsfrequenz eingestellt ist.
6. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 1,
bei dem das durch den Ultraschall-Oszillator empfangene Signal während einer
Periode zwischen dem Ende der Aussendung der Ultraschallwelle und der An
kunft der Ultraschallwelle, die innerhalb einer vorbestimmten Zone reflektiert
wurde, abgewiesen wird.
7. Ultraschall-Sonarsystem nach Anspruch 6,
bei dem das Signal, welches durch den Ultraschall-Oszillator während der Periode
empfangen wird, abgewiesen wird, bevor das Signal von der analogen Form in die
digitale Form umgesetzt wird.
8. Verfahren zum Aussenden einer Ultraschallwelle von einem Ultraschall-Oszillator
(20), der in einem Ultraschall-Sonarsystem enthalten ist, und um über den Ultra
schall-Oszillator eine Ultraschallwelle zu empfangen, die von einem Hindernis re
flektiert wurde, um ein Hindernis zu detektieren, wobei das Verfahren die folgen
den Schritte umfaßt:
Aussenden lassen einer Ultraschallwelle mit einer gegebenen Frequenz durch den Ultraschall-Oszillator (300);
Berechnen (304) einer Nachschwingungsfrequenz;
Einstellen (306) einer Sendefrequenz auf eine Frequenz, die von der berechneten Frequenz der Abklingschwingung oder Nachschwingung verschieden ist und Speichern der eingestellten Sendefrequenz in einem Speicher (5a); und
Bewirken, daß der Ultraschall-Oszillator die Ultraschallwelle mit der Frequenz aussendet, die in dem Speicher gespeichert ist.
Aussenden lassen einer Ultraschallwelle mit einer gegebenen Frequenz durch den Ultraschall-Oszillator (300);
Berechnen (304) einer Nachschwingungsfrequenz;
Einstellen (306) einer Sendefrequenz auf eine Frequenz, die von der berechneten Frequenz der Abklingschwingung oder Nachschwingung verschieden ist und Speichern der eingestellten Sendefrequenz in einem Speicher (5a); und
Bewirken, daß der Ultraschall-Oszillator die Ultraschallwelle mit der Frequenz aussendet, die in dem Speicher gespeichert ist.
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