[发明专利]具有降低的最小作用距离的超声波测量系统以及用于探测障碍物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于探测障碍物的超声波测量系统，所述超声波测量系统具有用于发送超声波脉冲和用于接收由障碍物反射的超声波回波脉冲的谐振转换器元件。本发明也涉及具有这种超声波测量系统的车辆和一种借助超声波探测障碍物的方法。

背景技术

使用基于超声波的测量系统，以便测量与位于传感器前方的对象的间距。所使用的超声波传感器通常基于脉冲回波方法。在运行中，传感器发送超声波脉冲并且测量通过对象引起的超声波脉冲反射（回波）。传感器与对象之间的间距通过所测量的回波传播时间和声波速度计算出。

为了测量间距，如此分析处理模拟的脉冲信号，使得当所测量的回拨脉冲电压在一规定的最小持续时间上超过阈值时，才刚好存在有效的回波。

此外，超声波传感器作为发送与接收单元起作用。传感器包括谐振转换器元件，所述谐振转换器元件的发射频率与转换器的谐振频率调谐。

由于转换器的谐振特性，在发送激励的情况下发生起振与停振（Ausschwingen）。尤其停振过程导致死区时间，在所述死区时间内不能够探测到回波。所述死区时间相当于用于传感器的最小作用距离。现今不可以低于所述最小作用距离。

值得期望的是，降低最小作用距离。

也已知的是：当替代借助转换器的谐振频率激励，有针对性地在谐振之外、尤其是在激励结束时进行特殊的激励时，如何通过频率调制的激励来减小死区时间。尤其是在激励结束时借助恒定的、与谐振频率不同的频率对转换器的这种激励例如由文献DE10103936C2已知。由此，用于停振的输出振幅能够减小并且因此衰减时间同样能够减小。在此，缺点是，这种超声波测量系统被构造用于产生非常特殊的发送方式并且由此限于所述非常特殊的发送方式。

发明内容

根据本发明的、用于借助超声波传感器探测障碍物的超声波测量系统具有用于发送超声波脉冲和用于产生接收信号的谐振转换器元件，所述接收信号包括由障碍物反射的、称作“回波脉冲”的超声波脉冲。所述谐振转换器元件在发送超声波脉冲后继续产生具有所述谐振转换器元件的谐振频率的停振信号。超声波测量系统也包括具有控制装置的分析处理单元，所述控制装置被构造用于借助由控制装置产生的发送信号控制用于发送超声波脉冲的谐振转换器元件。此外，超声波测量系统的控制单元被构造用于借助调制信号如此产生频率调制的发送信号，使得超声波脉冲的符号不同于停振信号的符号。分析处理单元具有至少一个相关滤波器，其中，所述至少一个相关滤波器被构造用于将由谐振转换器产生的信号与发送信号进行相关并且产生相应的相关信号。此外，分析处理单元被构造用于在存在超过阈值的电平或存在相关信号的最大值时，识别由障碍物产生的回波脉冲，并且借助发送的超声波脉冲与接收的回波脉冲之间的时间段计算与障碍物的间距。

此外，根据本发明提供一种用于借助超声波探测障碍物的方法。在根据本发明的方法中，借助谐振转换器元件发送超声波脉冲，借助谐振转换器元件产生包括由障碍物反射的、称作“回波脉冲”的超声波脉冲的接收信号，其中，在由谐振转换器元件发送超声波脉冲后产生具有谐振转换器元件的谐振频率的停振信号，并且产生发送信号，借助所述发送信号控制用于发送超声波脉冲的谐振转换器元件。此外，借助调制信号如此调制发送信号的频率，使得超声波脉冲的符号不同于停振信号的符号。为了得到相应的相关信号，借助相关滤波器的相关函数将由谐振转换器元件产生的信号与发送信号进行相关。在此，在存在超过阈值的电平或存在相关信号的最大值时识别回波脉冲，并且由发送的超声波脉冲与接收的回波脉冲之间的时间段和超声波速度计算与障碍物的间距。

从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。

在根据本发明的超声波测量系统中，如此选择控制频率，使得发送信号包含适当地频率调制的编码、即符号。已经根据本发明如此选择频率调制的编码，使得发送信号与停振信号之间存在尽可能大的差异。

在本发明的一种特别有利的实施方式中，借助调制信号调制发送信号，在所述调制信号中频率在包括分别不同于谐振转换器元件的谐振频率的一些频率值的频域中变化。此外，优选地，调制信号具有随时间连续变化的频率。与借助恒定频率的控制相比，在本发明的所述优选实施方式中如此运行超声波传感器，使得独特的频率混合（Frequenzgemisch）被发射。此外，优选使用调频信号、尤其是线性的或非线性的调频信号作为调制信号。