CIRCUIT FOR AN ULTRASONIC RANGE FINDER

Abstract: In a circuit for an ultrasonic range finder, in particular for motor vehicles, having a transmitter and a receiver, identical thereto, for an ultrasonic signal which is reflected from the object to be measured, the transmitting power of the transmitter is adjusted according to the range of the object. Interference in the reflected signal due to decay processes of the transmitter are thereby avoided.

Description: Schaltanordnung für einen Ultraschall- Entfernungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für einen Ultraschall- Entfernungsmesser, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Sender und einem mit diesem identischen Empfänger für ein Ultraschallsignal, das von einem Objekt reflektiert wird. Derartige Ultraschall- Entfernungsmesser dienen generell zur berührungslosen Abstandsmessung und bei Kraftfahrzeugen insbesondere als sogenannte Einparkhilfe. Dabei sind am Rand des Kraftfahrzeugs ein oder mehrere derartige Entfernungsmesser angeordnet, die beispielsweise im Multiplexbetrieb angesteuert werden können. Die bauliche Ausführung mehrer derartiger Entfernungsmesser ist in der US-PS 3 842 397, der Multiplexbetrieb mehrerer derartiger Messer in der DE-OS 31 35 282 beschrieben. Zwar ist es ferner bekannt, die Ansprechempfindlichkeit des Empfängers entsprechend der abnehmenden Intensität des reflektierten Signals zu vergrössern und damit beispielsweise das Produkt aus Ansprechempfindlichkeit und Schall pegel innerhalb des Messbereichs auf einen konstanten Wert einzustellen (vgl. DE-PS 29 23 979), doch stösst die Verwendung von Ultraschall- Entfernungsmessern für die Bestimmung von Objekten im Nahbereich, das heisst in einem Abstand von kleiner 0,5 Meter, auf erhebliche Schwierigkeiten. Ursache hierfür ist das Abklingverhalten des Senders. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei kleinem Abstand des zu bestimmenden Objekts vom Sender eine zuverlässige Aussage liefert. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Sendeleistung des Senders entsprechend der Entfernung des Objekts eingestellt ist. Das Abklingverhalten des Senders zeigt sich in einem Nachschwingen aufgrund der Massenträgheit der verwendeten Bauteile. Dieses ist um so grösser, je grösser die Sendeleistung ist. Wird die Sendeleistung reduziert, so verringert sich auch die Abklingzeit des Senders. Bei Objekten unmittelbar in der Nähe des Senders wird somit nur eine geringe Sendeleistung abgestrahlt. Aufgrund des kleinen Abstands macht sich die entfernungsabhängige Abnahme des Schallpegels des reflektierten Signals nicht störend bemerkbar. Gleichzeitig ist, bedingt durch die geringe Sendeleistung, der Sender abgeklungen, bevor das reflektierte Signal eingeht. Damit kann dieses Signal ohne weiteres aufgenommen und weiterverarbeitet werden. Vorteilhafte schaltungstechnische Massnahmen, die im wesentlichen auf die Verringerung des schaltungstechnischen Aufwands abzielen, sind in den sich an den Patentanspruch 1 anschliessenden weiteren Patentansprüchen beschrieben. Dabei verdient die Massnahme besondere Beachtung, die erste Messung mit maximaler Sendeleistung vorzunehmen. Dadurch ergibt sich bereits bei dieser Messung eine Aussage darüber, ob ein Objekt innerhalb des Messbereichs liegt. Die exakte Bestimmung des Abstands dieses Objekts erfolgt dann in der angegebenen Weise durch Anpassen der Sendeleistung an den Abstand des Objekts. Bemerkenswert ist ferner die Massnahme, den an sich bekannten Empfangsverstärker mit entsprechend der Laufzeit des Ultraschallsignals erhöhter Ansprechempfindlichkeit mit zwei Empfindlichkeitsstufen zu versehen. Damit wird es möglich, zwei aneinander anschliessende Messbereiche mit ein und demselben Sender/Empfänger zu messen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schaltanordnung von Figur 1 enthält als zentrales Steuerelement einen Mikroprozessor 1, der zyklisch Ultraschall- Abstandsgeber 2, 3 und 4 aktiviert. Hierzu dient ein Zyklusschalter 5, der mit Hilfe je eines Steuerschalters 6 - 8 einen Schalter 9 - 11 in Form eines Transistors schaltet. Dabei wird innerhalb des jeweiligen Schalterzyklus zunächst ein Ultraschallsignal gepulst ausgesandt und anschliessend daran mit demselben Ultraschall Abstandsgeber das gegebenenfalls von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal aufgenommen. Das Aussenden des Ultraschallsignals erfolgt mit Hilfe eines ebenfalls durch den Mikroprozessor 1 gesteuerten zentralen Transistor- Schalters 12, der eine Versorgungsspannung an den jeweiligen Abstandsgeber 2 bis 4 durch den jeweiligen Schalter 9 bis 11 gepulst anlegt. In der Empfangsphase ist der Schalter 12 geöffnet und der jeweilige Schalter 9 bis 11 bleibend geschlossen. Das Schaltschema der Schalter 9 bis 12 ist in Figur 2 gezeigt. Dabei bezeichnet 0 den Zustand "Schalter ge öffnet" und 1 den Zustand "Schalter geschlossen". Die Sendephase jedes Schaltzyklus S 9, S 10 bzw S 11 ist mit I, die Empfangsphase mit II bezeichnet. Die Versorgungsspannung wird durch einen Kondensator 13 (Fig. 1) geliefert, der entsprechend dem Abstand eines Objekts von einem der Abstandsgeber 2 - 4 aufgeladen ist. Hierzu dient ein Resonanz- Übertrager 14, dessen primärseitige Erregerfrequenz durch den Mikroprozessor 1 eingestellt ist. Dabei ist die Erregerfrequenz gleich der Resonanzfrequenz, wenn innerhalb des Messbereichs kein Objekt vorhanden ist und gegenüber dieser Frequenz um so grösser, je näher sich ein Objekt an einem der Abstandsgeber 2 - 4 befindet. Der Zusammenhang zwischen diesem Abstand, der primärseitigen Frequenz ss des Resonanz Übertragers 14 und der am Kondensator 13 anliegenden Versorgungsspannung U ist in Figur 3 qualitativ dargestellt. Das in der Empfangsphase II in die Abstandsgeber 2, 3 oder 4 eingehende reflektierte Ultraschallsignal gelangt über einen Entkoppel- Kondensator 15 (Figur 1) und einen Eingangs- Widerstand 16 parallel zu Eingangs- Schutzdioden 17 in einen Echosignal- Verstärker 19, der in Figur 4 dargestellt ist. Dieser Verstärker enthält als zentrales Element einen steuerbaren Emitterwiderstand 18, der das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 19 bestimmt. Dieses ist reziprok zum Wert des Emitterwiderstands, der seinerseits entsprechend der Laufzeit des reflektierten Ultraschallsignals und entsprechend dem zu bestimmenden Entfernungsbereich eingestellt ist. Hierzu dient ein durch den Mikroprozessor 1 gesteuerter Schalter in Form eines Transistors 19, der den Ladevorgang eines Kondensators 20 mittels einer Betriebsspannungsquelle VB steuert. Dieser ist über einen Widerstand 21 am Steuereingang des Emitterwiderstands 18 angeschlossen. Das Einstellen unterschiedlicher Entfernungsbereiche erfolgt mit Hilfe eines weiteren, ebenfalls vom Mikroprozessor 1 gesteuerten Transistor- Schalter 22, der einen Widerstand 23 bei der Bestimmung dieses Entfernungsbereichs am Steuereingang des Emitterwiderstands 18 anschaltet. Während sich der für beide Entfernungsbereiche auf denselben Wert aufgeladene Kondensator 20 im sogenannten Fernbereich, das heisst in einer Entfernung von den Abstandsgebern 2 - 4 von grösser 0,5 Meter allein über einen Entladewiderstand 24 entlädt, ist in dem sich daran anschliessenden Nahbereich von kleiner oder gleich 0,5 Meter dem Widerstand 24 die Reihenschaltung aus den Widerständen 21 und 23 parallel geschaltet. Der Kondensator 20 entlädt sich damit schneller. Daraus ergibt sich am Steuereinang des Emitterwiderstands 18 eine Steuerspannung U, die im Nahbereich den mit B und im Fernbereich den mit A bezeichneten und in Figur 5 dargestellten Verlauf besitzt. Der hierzu reziproke Verstärkungsfaktor V des Verstärkers 19 ist in Figur 5 ebenfalls qualitativ angezeigt. Das über den Kondensator 15, den Widerstand 16, einen Bandpassfilter 25 und einen Impedanzwandler 26 in den Verstärker 19 eingehende reflektierte Ultraschallsignal wird entsprechend seiner Laufzeit mit Hilfe des Emitterwiderstands 18 so verstärkt, dass das Produkt aus Schalldruck und Verstärkungsfaktor zumindest annähernd konstant ist. Ein Schwellwertschalter 28, der das Ausgangssignal des Verstärkers 19 erhält, misst analog die Zeit, die seit Beginn der Sendephase bis zum Auftreten eines reflektierten Signals verstrichen ist, wandelt diesen Wert digital um und führt ihn dem Mikroprozessor 1 zu. Dieser bestimmt aus der gemessenen Zeit, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer die temperaturabhängige Veränderung der Schallgeschwindigkeit bestimmenden Messeinrichtung den Abstand eines Hindernisses. Die Teile 25, 26, 19 und 28 sind für sich im Prinzip allgemein bekannt. Sie besitzen den dargestellten, im Detail nicht beschriebenen Schaltungsaufbau. Eine Messeinrichtung der zuletzt genannten Art in Verbindung mit einem Ultraschall- Abstandsgeber ist im Prinzip ebenfalls bekannt (vgl. Zeitschrift ELEKTRONIK, 1983, Heft 26, Seite 113) und hier nicht dargestellt. Ist dieser Abstand gleich dem Abstand, der die Grenze des Nahbereichs - im beschriebenen Fall von 0,5 Meter festlegt, so wird der zunächst mit seiner Resonanzfrequenz Gr betriebene Resonanz- übertrager 14 weiterhin mit seiner Resonanzfrequenz betrieben. Ist der Abstand kleiner, so wird die Frequenz des Resonanz- Übertragers 14 erhöht und damit die Ladespannung des Kondensators 13 verringert. Dadurch wird die Sendeleistung der Abstandsgeber 2 - 4 verringert. Diese Verringerung ist um so grösser, je näher sich das Objekt an einem der Abstands geber befindet. Dadurch wird erreicht, dass bei Eingang des reflektierten Ultraschallsignals die Abstandsgeber im Anschluss an die Sendephase abgeklungen sind und das reflektierte Signal ohne Störung durch diese Abklingvorgänge aufnehmen können. Befindet sich innerhalb des Nahbereichs sämtlicher Abstandsgeber 2 - 4 kein Objekt, so wird der Resonanz Übertrager 14 mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, das heisst die Abstandsgeber 2 - 4 geben dann die maximale Sende leistung ab. Der Mikroprozessor 1 schaltet den Widerstand 23 von dem Steuereingang des Emitterwiderstands 18 ab und verringert damit den Verstärkungsfaktor V und die Ansprechempfindlichkeit des Verstärkers 19. Auch hier ergibt sich aufgrund der Laufzeit des reflektierten Ultraschallsignals eine exakte Bestimmung des Objekt-Abstands.

Claims: A circuit for an ultrasonic range finder for land vehicles, comprising an ultrasonic transducer disposed on a land vehicle and serving as an adjustable-power transmitter and as a receiver of an ultrasonic signal reflected by the object, and comprising means for determining the range of the object from the received echo signal, characterised in that means (range transmission unit 2, 3 or 4) are provided for automatically adjusting the power of the transmitter in dependence on the measured distance of the object, and the transmitter power is delivered by a capacitor (13) which is charged in dependence on the measured distance of the object. A circuit according to claim 1, characterised in that, for the first measurement, the transmitter power is set at the maximum value. A circuit according to claim 1 or 2, characterised in that the capacitor (13) is charged by a resonance transformer (14). A circuit according to claim 3, characterised in that the resonance transformer (14) is excited on the primary side at the resonance frequency for maximum transmitter power and at a higher frequency for lower transmitter power. A circuit according to any of claims 2 to 4, characterised in that the capacitor (13) is discharged by synchronously connecting a central switch (transistor switch 12) between the capacitor and transmitter and a switch (switch 9, 10 or 11) associated with each transmitter (2 - 4). A circuit according to claim 5, characterised in that the receiver (range transmission units 2 - 4) is switched on by the associated switch (transistor switch 9, 10 or 11) when the central switch (transistor switch 12) is open. A circuit according to claim 6, characterised in that the reflected ultrasonic signal is fed to an amplifier (19) which has a response-sensitivity which changes in dependence on the transit time of the ultrasonic signal. A circuit according to claim 7, characterised in that the amplifier (19) has two stages of response-sensitivity, associated with adjacent distance ranges.

Inventors: RAMBOECK, JOSEF, WEISHAUPT, WALTER, Ramböck, Josef
Applicants: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: G01S7
IPC codes: G01S7