(57)【要約】  本発明は、自動車用の超音波センサ装置に関し、超音波を送受信するための薄膜（１１）と、超音波を受信すると電気受信信号を提供し、かつ超音波の送信のために薄膜（１１）も励起するように設計されている励起素子（１２）と、励起素子（１２）へ電気パルスを出力するための送信器（１３）と、電気受信信号を受信して調整するための受信器（１６）を備え、超音波センサ装置（２）は、受信器（１６）の分析を実行して、その過程で受信器（１６）の機能性について受信器（１６）をチェックするように設計されている分析ユニット（２２）を備える。
2017507321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車（１）用の超音波センサ装置（２）であって、
超音波を送受信するための薄膜（１１）と、
前記超音波を受信すると電気受信信号を提供し、かつ前記超音波の送信のために前記薄膜（１１）も励起するように設計されている励起素子（１２）と、
前記励起素子（１２）へ電気パルスを出力するための送信器（１３）と、
前記電気受信信号を受信して調整するための受信器（１６）と、を備え、
前記超音波センサ装置（２）は、前記受信器（１６）の分析を実行して、その過程で前記受信器（１６）の機能性について前記受信器（１６）をチェックするように設計されている分析ユニット（２２）を備える、ことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
前記受信器（１６）は、前記電気受信信号を増幅するための増幅器（２０）を備え、前記分析ユニット（２２）は、分析に関して、前記増幅器（２０）の機能性について前記増幅器（２０）をチェックするように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項３】
前記分析ユニット（２２）は、分析に関して、利得係数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の大きさについて前記増幅器（２０）をチェックするように設計されている、ことを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項４】
前記超音波センサ装置（２）は、制御ユニット（７）と、前記制御ユニット（７）から離れ、センサ用ハウジング（２１）を有する超音波センサ（３）も備え、前記センサ用ハウジング（２１）内に前記送信器（１３）、前記受信器（１６）、および前記分析ユニット（２２）が配置され、前記分析ユニット（２２）は、前記受信器（１６）の分析結果を前記制御ユニット（７）へ通信するように設計されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項５】
前記分析ユニット（２２）は、分析に関して、少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動するように設計され、かつ前記少なくとも１つの送信パルス（２４）に反応して前記受信器（１６）から出力された応答信号（２６）を評価するように設計されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項６】
前記分析ユニット（２２）は、分析に関して、少なくとも２つの送信パルス（２４）の連続的な出力のために前記送信器（１３）を駆動するように設計されている、ことを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの送信パルス（２４）は、異なるパルス長（２５）を有し、前記分析ユニット（２２）は、前記受信器（１６）の前記応答信号（２６）のパルス（２７、３０）をチェックするように設計され、前記応答信号は、パルス長（２９、３１）に関して前記少なくとも２つの送信パルス（２４）に反応して出力される、ことを特徴とする請求項６に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項８】
前記分析ユニット（２２）は、前記少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動すると、前記受信器（１６）の増幅器（２０）の利得係数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を変化させ、特に各送信パルス（２４）で利得係数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を変え、前記受信器（１６）の前記応答信号（２６）をチェックするように設計され、前記応答信号は、その大きさ（２８、３２）に関して、前記少なくとも１つの送信パルス（２４）に反応して出力される、ことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項９】
前記分析ユニット（２２）は、前記送信器（１３）の少なくとも１つの送信パルス（２４）の利得係数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を最小値に設定し、および／または前記送信器（１３）の少なくとも１つの送信パルス（２４）の前記利得係数（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を最大値に設定するように設計されている、ことを特徴とする請求項８に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項１０】
前記分析ユニット（２２）は、前記受信器（１６）が前記励起素子（１２）に電気的に接続されている間に、前記励起素子（１２）への前記少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動し、さらにするように設計されている、ことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項１１】
前記超音波センサ装置（２）は、前記送信器（１３）および前記受信器（１６）が前記励起素子（１２）に電気的に接続される第１切替位置と、前記受信器（１６）が前記送信器（１３）に電気的に接続され、さらに前記励起素子（１２）を回避する第２切替位置と、の間で切替可能なスイッチ（１５）を備え、
前記分析ユニット（２２）は、前記スイッチ（１５）の前記第２切替位置において、前記受信器（１６）への前記少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動するように設計されている、ことを特徴とする請求項５から１０のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項１２】
前記分析ユニット（２２）は、前記分析を実行するときに、まず、前記スイッチ（１５）の、一方の切替位置、特に第１切替位置で、少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動し、不良検知の後にだけ、前記スイッチ（１５）の、他方の切替位置、特に第２切替位置でも、少なくとも１つの送信パルス（２４）の出力のために前記送信器（１３）を駆動するように設計されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項１３】
前記分析ユニット（２２）は、前記スイッチ（１５）の前記第１切替位置および前記第２切替位置における前記受信器（１６）のそれぞれの前記応答信号（２６）に基づいて、前記不良検知が、前記受信器（１６）の不具合であるか、または前記受信器（１６）の外部、特に、前記励起素子（１２）および／または前記薄膜（１１）の不具合であるか、を決定するように設計されている、ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波センサ装置（２）。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の超音波センサ装置（２）を備える自動車（１）。
【請求項１５】
自動車（１）の超音波センサ装置（２）の動作方法であって、
薄膜（１１）を用いて超音波を送受信し、
励起素子（１２）を用いて、前記超音波を受信すると電気受信信号を提供し、前記超音波の送信のために前記薄膜（１１）を励起し、
送信器（１３）を用いて電気パルスを前記励起素子（１２）へ出力し、
受信器（１６）を用いて前記電気受信信号を受信して調整し、
前記超音波センサ装置（２）の分析ユニット（２２）を用いて、受信器（１６）の分析を実行して、その過程で前記受信器（１６）の機能性について前記受信器（１６）をチェックする、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用超音波装置に関し、超音波を送受信するための薄膜と、超音波を受信すると電気受信信号を提供し、かつ超音波の送信のために薄膜を励起するように設計された励起素子、例えば圧電素子と、励起素子へ電気パルスを出力するための送信器と、電気受信信号を受信して調整する受信器と、を備える。本発明は、そのような超音波センサ装置を備える自動車と、自動車の超音波センサ装置の動作方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用超音波センサは、既に、先行技術で種々の構造が知られている。それらは、通常、自動車を運転する場合、特に駐車運転を実行する場合に、運転手を支援するために使用される。この場合、超音波センサは、自動車の周辺に位置する障害物までの距離を測定するために使用される。超音波センサは、ここでは、駐車支援と呼ばれる運転手支援装置に属する。しかし、最近、超音波センサは、この実際の駐車支援機能性の他に、例えば、積極的なブレーキ介入、すなわち、自動ブレーキ支援システム、ブラインドスポット監視リング、自動クルーズコントロールシステム、および衝突検知システムなどを備える運転支援のようなものとして、ますます頻繁に使用されている。
【０００３】
超音波センサは、エコー伝搬時間原理によって動作する：超音波の技術では、距離の測定は、エコー伝搬時間方法あるいは音響測深方法によって実行される。超音波センサは、送信信号、−超音波−を送信して、受信信号を受信する。受信信号は、音響信号のようなものであり、送信されて障害物で反射された送信信号の信号成分に対応する。換言すると、超音波が送信されて、目標物体で反射されて、同じ超音波センサおよび／または同じ自動車の隣接した超音波センサによって再び受信されて、評価される。超音波の測定伝搬時間に応じて、距離と、適切な場合には、自動車に関する相対位置および／または相対速度も決定される。
【０００４】
超音波センサの分析は、現在、関心の焦点となっている。今日の超音波センサも、実際の駐車支援機能性の他に、例えば、開放中の車両ドアを保護するために使用されるので、機能信頼性の観点からすれば、超音波センサの誤動作を確認することは、ますます重要になる。この場合、超音波センサの一般的な分析が、例えば、文献ＤＥ１０２４７９７１Ａ１で知られている。ここでは、超音波センサの固有周波数および減衰期間が、妨害を確認するために評価される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波センサの一般的な機能の従来のチェックは、通常、妥当性に照らして制御ユニット内のみで行う。制御ユニットは、例えば、前記減衰期間、その他にセンサの固有周波数をチェックする。送信された超音波信号が受信器にエコーとして存在するかどうか確証するチェックもなされる。この信号が存在する場合、超音波センサ全体は、それぞれの要素の機能について定性的な明示は無く、機能的に評価される。超音波センサ全体が適切に機能しているか否かに関する二者択一のみが、減衰期間に基づいて可能である。目標エコーが検知される場合に、センサは、制御ユニットに２進法のメッセージパルスを通信するだけなので、例えば、センサ内で、電気受信信号が正しく調整されているかどうか、例えば増幅されているかどうかの事実は、制御ユニットで検知することができない。受信信号の増幅が不十分な場合、ある状況下ではそのような目標エコーを検知することができないが、制御ユニットは、それにもかかわらずセンサの機能を正しいと仮定する。
【０００６】
本発明は、超音波センサ装置の機能についてより詳細に明示することが可能な対策をとった超音波センサ装置、自動車、および方法も提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によればこの目的は、それぞれの独立請求項に記載の特徴を有する超音波装置、自動車、および方法を用いる発明によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項、明細書、および図の主題である。
【０００８】
本発明に係る自動車用の超音波センサ装置は、超音波を送受信するものとして機能する薄膜を備える。励起素子は、薄膜が超音波を受信すると電気受信信号を提供するように設計されている。励起素子は、送信器を用いて提供されるとともに励起素子に出力される電気パルスのために、超音波の送信のために薄膜を励起するものとして機能する。受信器は、電気受信信号を受信して調整するものとして機能する。励起素子は、例えば圧電素子であってもよい。本発明は、分析ユニットを備える超音波センサ装置を提供し、この分析ユニットは、受信器の分析を行ない、これにより受信器の機能性について受信器をチェックするように設計されている。
【０００９】
したがって、本発明によれば、特に受信器について、後段が適切に機能しているかどうか、その他に不具合があるかどうかが確証されるように、受信器自体の明示的な分析が実行される。これに関しては、例えば、薄膜の減衰期間を評価することによって、装置全体は機能的であると評価されるが、受信器の明示的な分析は、例えば、電気受信信号の増幅が、受信器の内部不具合のために、例えば、弱すぎて不良であるといったことを明示することが起こる可能性がある。受信器の個別の分析に関して、そのような状況を、すぐに検知することができ、適切な場合には、不良メッセージを出力することができる。特に、センサによって通信されたメッセージパルスの長さに基づいて、制御ユニットは、薄膜の一般的な減衰期間だけを決定して、センサの一般的な機能性をチェックすることができる。それは、受信器の内部分析でしかないが、それは、超音波センサ装置全体が意図されたように機能しているかどうかについてより詳細に明示することを可能にして、目標物体を確実に検知することができる。
【００１０】
一実施形態では、受信器は、電気受信信号を増幅するための増幅器、特にアナログ増幅器を有し、分析ユニットは、分析に関して、増幅器の機能性に関して増幅器をチェックするように設計されている。これにより、増幅器が、要求された利得で電気受信信号を実際に増幅することができるかどうか確証することが可能となって、自動車の周囲の目標物体を確実に検知することができる。電気受信信号が、要求された利得で増幅されない場合、このとき、実在の目標物体の受信された目標エコーは、いわゆるしきい値曲線未満であり、これにより超音波センサ装置によって検知できないということが起こる可能性がある。そのような状況は、増幅器を詳細にチェックすることによって回避することができる。
【００１１】
好ましくは、分析ユニットは、増幅器の利得係数の大きさについて増幅器をチェックすることができる。これにより、要求された利得の大きさで電気受信信号を増幅することができたかどうか確証することができ、目標エコーを確実に検知することができる。
【００１２】
好ましくは、超音波センサ装置は、制御ユニットと、前記制御ユニットから離れ、センサ用ハウジングを有する超音波センサと、を備え、このセンサ用ハウジング内に、送信器、受信器、および分析ユニットが配置される。このとき、分析結果を、分析ユニットから制御ユニットへ通信することができる。この実施形態は、先行技術では、メッセージパルスが超音波センサから制御ユニットへ通信されること、前記メッセージパルスの長さが薄膜の減衰期間に直接的に依存すること、および超音波センサが動作するかどうかに関する二者択一のみが、メッセージパルスの前記長さに基づいて行うことができること、という見識に基づいている。受信器が実際に機能しているかどうか、また、受信器が実際にどの程度機能しているかに関して、さらに明示することができるのは、超音波センサへ分析ユニットを統合してセンサ内部の受信器を分析した結果のみである。このとき、この分析結果を、超音波センサから制御ユニットまで通信することができる。例えば、制御ユニットの制御信号に基づいて、その分析を始めることができる。前記制御信号を用いて、超音波センサは、例えば、特定の分析モードに切り替えることができ、この分析モードは、特に通常動作と切り離され、この分析モード中に受信器の分析が実行される。例えば、超音波センサ装置が初期化されるたびに、または制御ユニットの起動処理のたび、特に自動車の点火装置が起動する場合に、分析モードを起動することができる。
【００１３】
分析に関して、分析ユニットは、少なくとも１つの電気的な送信パルスの出力のために送信器を駆動することができる。このとき、分析ユニットは、少なくとも１つの送信パルスに反応して受信器から出力された応答信号を評価することができる。少なくとも１つの電気パルスに対する受信器の応答または反応は、監視されるかまたは評価され、それによって、受信器の機能性、特に利得の大きさについての結論を出すことが可能である。
【００１４】
ここでは特に、分析に関して、分析ユニットが、少なくとも２つの送信パルスの連続的な出力のために送信器を駆動する場合、有利であることが分かる。複数のパルスについて応答信号を評価することもできるので、これにより受信器の分析を確実に行なうことができる。
【００１５】
その少なくとも２つの送信パルスは、好ましくは、異なるパルス長を有し、分析ユニットは、好ましくは、受信器の応答信号の電気パルスをチェックするように設計され、前記応答信号は、それらのパルス長について、少なくとも２つの送信パルスに反応して出力される。これにより、送信パルスのパルス長の変化が、応答信号のパルスのパルス長の変化をもたらすかどうか、および少なくとも２つの送信パルスに対する受信器の反応が正しいかどうかチェックすることが可能となる。このようにして受信器の不良を検知することができる。
【００１６】
少なくとも１つの送信パルスの出力のために送信器を駆動すると、分析ユニットは、好ましくは、受信器の増幅器の利得係数を変えて、受信器の応答信号をチェックすることができ、前記応答信号は、その大きさについて、少なくとも１つの送信パルスに反応して出力される。特に、ここでは、増幅器の利得係数は、送信パルスごとに変化させられる。複数の送信パルスが出力される場合、利得係数を、送信パルスごとに異なる値に設定することができる。このように、あまり複雑にすることなく、増幅器の利得の大きさをチェックすることができる。
【００１７】
これに関連して、分析ユニットは、送信器の少なくとも１つの送信パルス用の利得係数を最小値、すなわち、最小限の利得値に設定することができ、および／または少なくとも１つの送信パルス用の利得係数を最大値、すなわち、最大限の利得値に設定することができる。受信器の応答信号に基づいて、その最小値の利得係数および／またはその最大値の利得係数で増幅器を動作させることができるかどうかチェックすることが可能となり、これにより電気受信信号を確実に増幅することができる。
【００１８】
複数の送信パルスが出力される場合、このとき、利得係数は、例えば、最小値から最大値まで段階的な方法で変えることができ、特に、利得係数は、各場合で、送信パルスごとに１段階ずつ変更される。
【００１９】
送信器が、励起素子への少なくとも１つの送信パルスの出力のために駆動され、さらに受信器が同様に励起素子に電気的に接続されるようにして、その分析を行なうことができる。励起素子によって提供される電気的信号は、受信器の入力に存在する。この電気的信号から、受信器は、このとき、どの分析が行なわれるかに基づいて上述の応答信号を生成する。その結果、送信器と受信器との間におけるパスの不良、例えば、特に、励起素子の不良および／または薄膜の亀裂などを検知することも可能になる。
【００２０】
超音波センサ装置は、送信器の出力および受信器の入力が励起素子に電気的に接続される第１切替位置と、受信器の入力が送信器の出力に電気的に直接的に接続され、さらに励起素子を回避する第２切替位置との間で前後に切替可能なスイッチを有することができる。このとき、分析ユニットは、スイッチの第２切替位置、受信器が送信器に直接的に接続されている場合において、受信器への少なくとも１つの送信パルスの出力のために送信器を駆動することができる。そのようなスイッチは、一方では受信器自体の不良と、他方では送信器と受信器（励起素子および／または薄膜）の間におけるパスの不良と、を確実に区別することを可能にする。
【００２１】
これは、例えば、分析を実行するとき、まず、送信器は、スイッチの一方の切替位置、例えば第１切替位置で、励起素子への少なくとも１つの送信パルスの出力のために駆動されるように明示されてもよく、この第１切替位置では、例えば、送信器と受信器の両方が励起素子に接続される。この分析が、応答信号に基づいて不良を検知する場合のみ、前述した少なくとも１つの送信パルスを、例えば直接的に受信器へ出力するために、スイッチの他方の切替位置で、送信器をさらに駆動することができる。正常な場合、スイッチの第１（または第２）切替位置で不良が検知されない場合、分析は直ちに終了して、正常動作で起動することができる。しかし、スイッチの第１（または第２）切替位置で不良が検知される場合、このとき、スイッチの第２（あるいは第１）切替位置における追加的な分析は、不良検知が、受信器自体の不具合であるか、または、その他に、送信器と受信器との間におけるパスの不具合、特に、励起素子および／または薄膜の不具合であるかを明確に区別することを可能にする。
【００２２】
したがって、一実施形態では、分析ユニットは、スイッチの第１および第２切替位置における受信器のそれぞれの応答信号に基づいて、不良検知が、受信器の不具合であるか、または受信器の外部、特に励起素子および／または薄膜の不具合であるか、を決定する。これにより、確実に不良検知を突き止めることができる。特に、不良がスイッチの両方の切替位置で検知される場合、このとき、この不良は受信器自体の不良である。しかし、不良が、もはや次の切替位置で確証されない場合、不良は、高い確率で、励起素子および／または薄膜に起因した。この場合、これが超音波センサのそれぞれの設計で可能であれば、薄膜および／または励起素子を単に交換することが可能である。
【００２３】
分析を実行することに関する上述の実施形態は、特に、送信パルスの数および／または利得係数の変化および／またはパルス長に関して、スイッチの第１および第２切替位置の両方に適用できることとしてもよい。
【００２４】
本発明に係る自動車、特に、乗用車は、本発明に係る超音波センサ装置を備える。
【００２５】
本発明に係る、自動車の超音波センサ装置の動作方法では、超音波は、薄膜を用いて送受信される。励起素子を用いて、電気受信信号が、超音波を受信すると提供される。励起素子を用いて、薄膜は、超音波の送信のために励起される。送信器を用いて、電気的な送信パルスが励起素子へ出力される。受信器を用いて、電気受信信号が受信されて調整される。分析ユニットを用いて、受信器の分析が実行される。
【００２６】
本発明に係る超音波装置およびそれらの利点に関して示された好ましい実施形態は、本発明に係る自動車および本発明に係る方法にも相応に適用する。
【００２７】
本発明の追加的な特徴は、特許請求の範囲、図面、および図面の説明から明らかである。上述した全ての特徴および特徴の組み合わせも、後述する図面の説明および／または図面だけに示された特徴および特徴の組み合わせも、それぞれ特定の組み合わせだけでなく、その他の組み合わせにも使用できる。
【００２８】
以下、本発明について、好ましい実施形態に基づいて説明するとともに、添付の図面に関しても説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による超音波センサ装置を備える自動車の概略図を示す。
【図２】超音波センサと制御ユニットとの間における通信を説明するための図を示す。
【図３】超音波センサの概略図を示す。
【図４】図３とはスイッチの位置が異なる超音波センサの概略図を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る方法による分析を説明するための図を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る方法による分析を説明するための図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１に示された自動車１は、例えば、乗用車である。自動車１は、例えば駐車補助または駐車支援のシステムである超音波センサ装置２を備える。超音波センサ装置２は、駐車作業を実行するときに自動車１の運転手を支援するものとして機能する。この目的のために、超音波センサ装置２は、フロントフェンダー４およびリヤフェンダー５の両方に分配する方法で配置された多様な超音波センサ３を備える。全ての超音波センサ３は、超音波センサ装置２の制御ユニット７に電気的に接続される。制御ユニット７は、例えばデジタル信号プロセッサおよび／またはマイクロコントローラを含んでいてもよく、超音波センサ３を駆動するものとして機能する。制御ユニット７は、超音波センサ３から測定データも受信し、これらの測定データに応じて、自動車１と、自動車１の周囲に位置する障害物との距離を決定する。これらの距離に応じて、制御ユニット７は、例えば、スピーカー８および／または光学式表示装置９例えばディスプレイを駆動することができる。スピーカー８および／または光学式表示装置９によって、測定距離が運転手に通知される。
【００３１】
適切な場合には、超音波センサ装置２は、自動または半自動の駐車支援システムであってもよく、この超音波センサ装置２を用いて、駐車の隙間が自動的に検知され、適切な駐車経路が自動的に計算される。このとき、その経路に沿って、自動車１を、駐車の隙間へ自動または半自律で誘導することができる。全自動の駐車支援システムの場合には、超音波センサ装置２は、自動車１の縦方向の誘導および横方向の誘導の両方を行ない、その一方で、半自動または半自律のシステムでは、超音波センサ装置２は、横方向の誘導および操縦のみを自動で行い、その間、運転手自身は、アクセルペダルとブレーキを操作しなければならない。運転手自身が、縦方向の誘導および横方向の誘導の両方を行なわなければならないが、操縦に関する指示は超音波センサ装置２により出力される、既知のシステムもある。
【００３２】
各超音波センサ３は、好ましくは個別のラインを介して制御ユニット７に接続される。それぞれの超音波センサ３と制御ユニット７との間における通信は、電圧で割り当てられたラインを介して実行される。個々の超音波センサ３と制御ユニット７との間におけるそのような通信の一例が、図２に示される。超音波センサ３と制御ユニット７との間のラインに存在する電圧Ｕは、Ｙ軸に描画される。時間ｔは、Ｘ軸に描画される。メッセージを送信するために、電圧Ｕは、変化させられ、ここでは、第１電圧値Ｕ１から第２電圧値Ｕ２まで下げられる。ラインは、第１電圧値Ｕ１にバイアスされ、メッセージを通信するために、電圧Ｕは、例えば、グランド（０ボルト）に接続されたラインによって第２電圧値Ｕ２へ下げられる。その結果、対応するメッセージを含む電圧パルス１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが生成される。第１電圧パルス１０ａは、測定を行なうための送信信号を送信するように超音波センサ３を駆動するために制御ユニット７により生成される。第１電圧パルス１０ａに反応して、超音波センサ３は、送信信号（超音波）を送信し、この送信信号は、超音波センサ３によって第２電圧パルス１０ｂで制御ユニット７へ伝送されるか、または通信される。この場合、電圧パルス１０ｂの長さは、減衰期間を含む薄膜発振の時間分に相当する。このとき、目標エコーが超音波センサ３によって検知されると、さらなる電圧パルス１０ｃ、１０ｄが、制御ユニット７にこの検知を通信するために生成される。
【００３３】
先行技術では、超音波センサ３の分析は、第２電圧パルス１０ｂのそれぞれのパルス長に基づいて行なわれ、その長さは減衰期間に依存する。しかし、前記電圧パルス１０ｂでは、さらに、超音波センサ３の内部の不良について、例えば、増幅器のそれぞれの利得のような、特に超音波センサ３のそれぞれの受信器の機能については、結論を出すことができない。受信信号が超音波センサ３の内部で要求された利得で増幅されない場合、このことは電圧パルス１０ｂに基づいて検知することができない。この場合、目標物体を確実に検知することができない。
【００３４】
本発明の一実施形態による個々の超音波センサ３が、図３に示されている。超音波センサ３は、薄膜１１を有し、この薄膜１１は、圧電素子の形状をした励起素子１２を用いて超音波を送信するために励起することができる。超音波センサ３は送信器１３を備え、この送信器１３の出力１４は、スイッチ１５を介して励起素子１２に電気的に接続されている。超音波センサ３は、さらに受信器１６を備え、この受信器１６の入力１７は、同様に、スイッチ１５を介して励起素子１２に電気的に接続されている。スイッチ１５は、２つの切替要素１８、１９を有し、これらを介して送信器１３および受信器１６を、それぞれ、励起素子１２に接続することができる。スイッチ１５は、送信器１３および受信器１６が励起素子１２に電気的に並列に接続される第１切替位置から図４による第２切替位置へ切り替え可能であり、この第２切替位置では、２つの切替要素１８、１９は互いに接続され、送信器１３の出力は、受信器１６の入力１７に直接的に接続され、さらに励起素子１２を回避する。この場合、スイッチ１５は、例えば、トランジスターで実現することができる。
【００３５】
受信器１６の分析、特に、受信器１６の増幅器２０の分析を実行するために、分析ユニット２２が超音波センサ３へ統合され、すなわち、超音波センサ３のハウジング２１へ統合され、分析ユニットは、送信器１３および受信器１６とともに、一般的な電子回路２３の形式、例えば、ＡＳＩＣで実現されてもよい。この場合、分析ユニット２２は制御ユニット７と通信し、制御ユニット７の制御コマンドに基づいて受信器１６の分析を実行する。これは、分析が、制御ユニット７の、分析ユニット２２への対応する制御信号をトリガとすることを意味する。このとき、分析結果は、分析ユニット２２から制御ユニット７に通信される。
【００３６】
分析中に、スイッチ１５は、まず、送信器１３および受信器１６が励起素子１２に電気的に接続されるように、図３による第１切替位置に保たれる。このとき、送信器１３は、図５に概略的に示された一連の送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出力のために駆動される。この場合、振幅Ａは、Ｙ軸に描画され、時間ｔはＸ軸に描画される。すなわち、送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃは連続的に出力され、送信パルス２４ａ２４ｂ、２４ｃごとに、パルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、それぞれ前の送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃに比較して増加する。すなわち、送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、異なるパルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃを有する。このとき、分析ユニット２２は、送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃに反応して受信器１６から出力される応答信号２６を評価する。送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃごとに、分析ユニット２２は増幅器２０の利得係数を増加させる：大きさＦ１の利得係数の場合に送信パルス２４ａが生成され、利得係数Ｆ２の場合に送信パルス２４ｂが生成され、送信パルスの利得係数Ｆ３の場合に送信パルス２４ｃが生成される。次の関係が成立する：Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３。特に、ここでは、利得係数Ｆ１が、増幅器２０の最小利得係数、すなわち増幅器２０で実際に設定された最小値に対応する。相応して、利得係数Ｆ３は、最大値、または最大値の可能のある利得係数に相当してもよい。送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出力中に、増幅器２０の利得係数は、このようにして段階的な方法で最小値から最大値へ増加される。
【００３７】
図５から明らかなように、応答信号２６は、同様に３つの電圧パルス２７ａ、２７ｂ、２７ｃを備える。これらの電圧パルス２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、異なる利得係数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３であるために異なるパルス高さ２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有する。さらに、送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃが異なるパルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃであるために、電圧パルス２７ａ、２７ｂ、２７ｃも、同様に異なるパルス長２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有する。薄膜１１の付加的な減衰期間のために、パルス長２９ａ、２９ｂ、２９ｃは、対応する送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃのそれぞれのパルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも少し長い。
【００３８】
このとき、分析ユニット２２は、応答信号２６の、パルス長２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび／またはパルス高さ２８ａ、２８ｂ、２８ｃを、記憶された基準値と比較し、これにより受信器１６、特に増幅器２０を分析することができる。
【００３９】
スイッチ１５の第１切替位置で実行された分析で、不良が確証されない場合、分析は終了して、分析の肯定的な結果が制御ユニット７へ通信される。しかし、応答信号２６で異常が確認される場合、追加的な分析ステップが実行され、その分析ステップにおいて、スイッチ１５は、図４による第２切替位置へ切り替えられる。このとき、対応する送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、受信器１６の入力１７へ直接的に出力される。受信器１６の対応する応答信号２６は、図６に示されている。ここで、また、複数の送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、例えば、異なるパルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃを有する３つの送信パルスが生成されるが、励起素子１２は回避されている。相応して、各送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃとともに、増幅器２０の利得係数も、同様に、例えば、最小値Ｆ１から最大値Ｆ３へ増加される。図６から明らかなように、正常な応答信号２６は、パルス長３１ａ、３１ｂ、３１ｃをそれぞれ有する電圧パルス３０ａ、３０ｂ、３０ｃを備え、パルス長３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、送信パルス２４ａ、２４ｂ、２４ｃに割り当てられたパルス長２５ａ、２５ｂ、２５ｃのそれぞれに対応する。異なる利得係数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３であるために、電圧パルス３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、異なるパルス高さ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを有する。パルス長２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび／またはパルス高さ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、分析ユニット２２によって評価され、この場合、記憶された基準値と比較される。
【００４０】
このとき、不良が、スイッチ１５の第２切替位置での分析中に検知される場合、この不良は、受信器１６、特に増幅器２０の不具合である。しかし、不良が確証されない場合、このとき、これは、薄膜１１および／または励起素子１２の不具合として解釈される。分析結果は、制御ユニット７に通信される。
【００４１】
分析は、例えば、超音波センサ装置２が初期化されるたびに、すなわち、制御ユニット７の起動処理のたびに行うことができる。すなわち、その分析は、基本的に、自動車１が始動するたびに行なわれる。しかし、測定中にチェックを実行することも、同様に可能である。
【００４２】
上述の分析方法の説明は、まず、スイッチ１５の第１切替位置における第１分析ステップを実行し、その後、適切な場合、２切替位置における第２分析ステッを実行することを含む。しかし、まず、第２切替位置で受信器１６の分析を実行し、その後、適切な場合、第１切替位置でさらに分析ステップを実行することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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