JP6795703B2 - 超音波センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサ装置に関する。この超音波センサ装置は好適な形式で車両に使用可能である。

従来技術によれば、超音波に基づく間隔測定システムを有する車両は公知である。超音波に基づく測定システムは、超音波センサの前に位置する対象物に対する間隔を測定するために使用される。このために、使用された超音波センサはパルスエコー法に基づいている。この運転において、センサは超音波パルスを発信して、対象物によって生ぜしめられた超音波パルスの反射を測定し、ひいてはエコーを測定する。センサと対象物との間の間隔は、測定されたエコー到達時間および音速を介して演算される。超音波センサは送信器および受信器として機能する。

公知の車両においては、車両の前および後ろの周囲を測定できるようにするために、標準的な形式で４つまたは６つの超音波センサがバンパ内に使用される。この場合、前および後ろとは、車両の通常の走行方向に関連している。バンパに設けられた複数のセンサが時間的に同時に発信を行い、それによって情報を並行に処理すれば、できるだけ迅速に周囲を検出できるようにするために役に立つ。このために、特に、超音波パルスの発信のために使用されるコードとも呼ばれる特別な励振パターンが公知である。エコーの処理は、信号調整されたフィルタ、いわゆる整合フィルタによって行われる。

理想的なコードは、コードが互いに直交することを特徴としている。このことはつまり、コードが最大の非類似性を有しているので、整合フィルタが、割当てられたコード以外のすべてのコードを振幅０に減衰する、という意味である。実際には、整合フィルタによるこのような完全な抑制は実現不能である。特に、コードのために小さい帯域幅しか提供されない場合、不都合である。共振で作業するように設計された変換器においては、帯域幅は特に著しく制限されていて、抑制は相応に不足している。

本発明による超音波センサ装置は、外部コードの抑制の最大化を可能にし、ひいては個別の超音波コードの最適な分離可能性が得られる。このような形式で、複数の測定を並行に実施することができ、これによって超音波センサ装置の周囲を短時間で検出することができる。何故ならば、複数の超音波信号の並行処理が可能だからである。従って、超音波センサ装置は、これが車両に使用された場合、特に有利である。何故ならば、車両では周囲の対象物を迅速に検知することが多大な利点をもたらすからである。

本発明による超音波センサ装置は、複数の超音波センサを有している。超音波センサ装置の数は、超音波パルスを発信するかまたは超音波パルスのエコーを受信するように設定されている。従って各超音波センサは同時に送信器および受信器である。超音波センサ装置はさらに、超音波センサを制御するためのコントロールユニットを有している。このために、コントロールユニットは、選択的に超音波センサを送信器としてまたは受信器として使用するように設定されている。送信器としての制御が行われると、それぞれの超音波センサは励振パターンで励振され、これによってこの超音波センサは超音波パルスを発信する。これに対して、超音波センサが受信器として使用される場合、制御は行われず、超音波センサは、超音波パルスの入力時にコントロールユニットによって検出可能な相応の信号を生成する。またコントロールユニットは、選択的に超音波センサの第１のグループまたは超音波センサの第２のグループを同時に作動させるように設定されている。作動とは、超音波センサが超音波信号を発信する、ということである。従って、作動とは、特に超音波センサが励振パターンで励振され、それによって超音波信号の発信が開始される、ということである。作動が行われない場合、それぞれの超音波センサはもっぱら受信器としてだけ用いられる。従って、作動中の超音波センサとは、この本発明の枠内で、実際に超音波信号、特に超音波パルスを発信する超音波センサということである。超音波パルスとは、時間的に限定された超音波信号のことである。つまりコントロールユニットは、互いに並んで配置された、作動中の超音波センサを周波数変調された様々な励振パターンで制御するように設定されている。互いに並んで配置された作動中の超音波センサとは、実際に超音波信号を発信する超音波センサだけが観察される、ということである。コントロールユニットによって作動されていない超音波センサは、この場合、考慮されない。従って、特に好適には、２つの作動中の超音波センサの間に１つの非作動中の超音波センサが位置するように設計されている。このことはつまり、超音波センサは、第１のグループの超音波センサが隣接して配置されておらず、かつ第２のグループの超音波センサが隣接して配置されていないように、第１のグループおよび第２のグループに分けられている、ということである。むしろ、第１のグループから成る各超音波センサは、第２のグループから成る超音波センサに隣接して配置されている。同様に、第２のグループから成るか各超音波センサは、第１のグループから成る超音波センサに隣接して配置されている。特に好適な実施例では、超音波センサは、様々な線形の周波数変調されたチャープによって制御されており、このことは、励振する周波数は予め規定された時間間隔内で線形に変化する、という意味である。隣接し合う作動中の超音波センサで異なる、周波数変調された励振パターンを用いたことによって、並びに作動中の超音波センサと非作動中の超音波センサとの前記のような好適な分離によって、周囲の対象物から超音波センサ装置に反射されるエコーが分離され得ないことは避けられる。むしろ、各エコーは複数の超音波センサの１つの超音波センサに明確に割り当てられ得る。周波数変調された励振パターンによって、相応のフィルタ、特に整合フィルタによる高い分離可能性が得られる。

従属請求項は、本発明の好適な実施態様を内容としている。

好適には、周波数変調された励振パターンが、予め規定された帯域幅内で連続的な周波数変化を有するように設計されている。予め規定された帯域幅は、その大きさがすべての励振パターンのために好適には同じであってよいが、特に異なっていてもよい。さらに、好適な形式で、周波数変調された励振パターンは、この励振パターンが延在する周波数帯域内で完全にまたは少なくとも部分的に異なるように設計されている。好適な形式で、連続的な周波数変化は線形の周波数変化を意味し、この場合、周波数は線形に上昇されるかまたは線形に低下されてよい。線形の周波数変化は、コントロールユニットによる超音波センサの簡単な制御を可能にする。選択的に、別の制御可能性、特に正方形の周波数変化またはその他の非線形の周波数変化等も考えられる。周波数変調された励振パターンのこのような形式の区別は、相応のフィルタ内での外部信号の確実かつ間違いのない抑制を可能にする。このような抑制は、様々な励振パターンの周波数範囲が前述のように、その全帯域幅に亘ってせいぜい部分的に重畳していれば、最大化される。さらに、特に好適には、パルス継続時間が長いかまたは整合フィルタの係数が大きくなるように設計されている。これは好適な形式でミリ秒より長いパルス長さのために得られる。

また、特に好適には、隣接し合う作動中のセンサが逆向きの周波数変化を有するように設計されている。これによって特に、隣接し合う作動中の超音波センサの周波数特性は、一方の超音波センサにおいて連続する特に線形の周波数上昇が得られ、他方の超音波センサにおいて連続する特に線形の周波数低下が行われるように、構成されている。周波数変化の帯域幅は、好適な形式で少なくとも３ｋＨｚを有している。

特に好適には、超音波センサの第１のグループおよび第２のグループは、それぞれ超音波センサの半分を有するように、設計されている。従って、超音波センサの半分は、超音波センサの他の半分とは無関係にそれぞれ同時に制御可能である。第１のグループおよび第２のグループの超音波センサは、超音波信号の前記最大の分離可能性を可能にするために、好適には交互に配置されている。

好適な実施例によれば、超音波センサは、２つの内側の超音波センサと２つの外側の超音波センサとを有している。各内側の超音波センサは、別の内側の超音波センサ並びに１つの外側の超音波センサに隣接して配置されている。このことはつまり、２つの外側の超音波センサが内側の超音波センサを取り囲んでいるので、各内側の超音波センサが２つの隣接する超音波センサを有していて、これに対して各外側の超音波センサが１つだけの隣接する超音波センサを有している、ということである。このことはつまり、特に各外側の超音波センサが１つの内側の超音波センサに隣接して配置されていて、これに対して各内側の超音波センサが１つの内側の超音波センサおよび１つの外側の超音波センサに隣接して配置されている、ということである。コントロールユニットは、好適には、隣接して配置されていない、それぞれ１つの内側の超音波センサおよびそれぞれ１つの外側の超音波センサを同時に作動させるように設定されている。このことはつまり、１つの外側の超音波センサと前記外側の超音波センサに隣接して配置されていない内側の超音波センサとが超音波センサの第１のグループを形成し、これに対して残りの超音波センサ、つまり残りの外側の超音波センサと残りの内側の超音波センサとが超音波センサの第２のグループを形成している、という意味である。これによって、やはり、超音波センサの第１のグループと超音波センサの第２のグループとの交互の配置が得られる。また、コントロールユニットは好適には、外側の超音波センサを第１の周波数変調された励振パターンで制御し、内側の超音波センサを第２の周波数変調された励振パターンで制御するように設定されている。この場合、第１の周波数変調された励振パターンは、第２の周波数変調された励振パターンとは異なっている。このような形式で、超音波信号の前記最大の分離可能性が得られる。これによって、超音波パルスを発信するために、第１の時点で好適な形式で外側の超音波センサとこれに隣接していない内側の超音波センサとが制御される。従って、作動中の超音波センサ、つまり作動中の内側の超音波センサと、作動中の外側の超音波センサとは、非作動中の超音波センサによって分離されている。さらに、作動中の超音波センサは、様々な励振パターン、第１の励振パターンおよび第２の励振パターンによって制御される。特に好適には、励振パターンは、前述のように予め規定された帯域幅内の連続的な周波数変化を有している。特に好適には、第１の周波数変調された励振パターンおよび第２の周波数変調された励振パターンの周波数変化は異なっているように設計されており、この場合、特に第１の周波数変調された励振パターンが、周波数の連続的な上昇を有する周波数パターンを有しており、これに対して、第２の周波数変調された励振パターンが、連続的に低下する周波数を有するパターンを有している。

選択的な実施例によれば、超音波センサが、２つの隣接し合う第１の外側の超音波センサと、２つの内側の超音波センサと、２つの隣接し合う第２の外側の超音波センサとを有するように設計されている。各内側の超音波センサが、別の内側の超音波センサに隣接していて、第１の外側の超音波センサに隣接してまたは第２の外側の超音波センサに隣接して配置されるように設計されている。第１の外側の超音波センサは互いに隣接して配置されていて、同様に第２の外側の超音波センサは互いに隣接して配置されている。このことはつまり、第１の外側の超音波センサはもっぱら別の外側の超音波センサに隣接して配置されている、という意味である。これによって、別の第１の外側の超音波センサは、１つの内側の超音波センサおよび前記第１の外側の超音波センサに隣接して配置されている。これと同じことは第２の外側の超音波センサのためにもあてはまる。ここでも、第２の外側の超音波センサは、１つの内側の超音波センサにもまた別の第２の外側の超音波センサにも隣接して配置されている。別の第２の外側の超音波センサは、前記第２の外側の超音波センサの隣にその他の隣接物を有していない。コントロールユニットは、隣接して配置されていないすべての、それぞれ１つの内側の超音波センサ、１つの第１の外側の超音波センサおよび１つの第２の外側の超音波センサを同時に作動させるように設定されている。これによって、第１の外側の超音波センサと１つの内側の超音波センサと１つの第２の外側の超音波センサとが第１のグループを形成し、これに対して、残りの超音波センサが第２のグループを形成する。やはり好適には、第１のグループおよび第２のグループのすべての超音波センサが互いに交互に配置されているように設計されている。最後に、コントロールユニットは好適には、第１の外側の超音波センサおよび第２の外側の超音波センサを第１の周波数変調された励振パターンで制御し、内側の超音波センサを第２の周波数変調された励振パターンで制御するように設定されている。やはり、第１の周波数変調された励振パターンは、第２の周波数変調された励振パターンとは互いに異なっているように設計されている。特に、第１の周波数変調された励振パターンおよび第２の周波数変調された励振パターンは、前記相異を有している。好適には、２つの作動中の超音波センサの間に１つの非作動中の超音波センサが常に存在することによって、作動中の超音波センサ間の最大間隔が得られるように設計されている。さらに、超音波信号は最適に分離され得るように設計されている。何故ならば、隣接し合う作動中の超音波センサが様々な周波数変調された励振パターンを有していて、この場合、第１の外側の超音波センサおよび第２の外側の超音波センサの励振パターンだけが同じだからである。しかしながらこのことは、第１の外側の超音波センサと第２の超音波センサとの間の大きい間隔に基づいて、超音波センサ装置によって受信された超音波信号の分離可能性に殆ど影響することはない。

前記２つの選択肢において、好適な形式で、第１の周波数変調された励振パターンが、第１の帯域幅を有する周波数の変化を有するように設計されている。第１の帯域幅は、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、好適には５ｋＨｚである。この周波数の変化は、特に線形に行われる。第２の周波数変調された励振パターンは、第２の帯域幅を有する周波数の変化を有している。第２の帯域幅は、好適な形式で３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、特に好適には５ｋＨｚである。やはり、好適な形式で、周波数の線形の変化が行われるように設計されている。最後に、好適な形式で、第１の帯域幅に亘って延在する第１の周波数特性が、第２の帯域幅に亘って延在する第２の周波数変調された励振パターンの第２の周波数特性とは異なっているように設計されている。従って、第１の周波数特性および第２の周波数特性は、超音波センサが、周波数が別の励振パターンによって励振された別の超音波パルスとは異なる超音波信号、特に超音波パルスを決して発信しないように配慮する。このようにして、フィルタ内での最適な分離可能性が可能になる。このようなフィルタは、特に前記のような整合フィルタである。超音波センサは大抵の場合、最大１２ｋＨｚ、特に最大１０ｋＨｚの小さい帯域幅を有している。前記第１の周波数変調された励振パターンおよび第２の周波数変調された励振パターンによって、最適な形式ですべての提供可能な帯域幅から前記好適な５ｋＨｚを有する励振パターンの可能な帯域幅が利用し尽くされる。それと同時に、第１の周波数変調された励振パターンと第２の周波数変調された励振パターンの周波数特性とが重複しないことを可能にする。このような形式で、周波数特性の最大分離可能性が保証される。何故ならば、外部信号は適切なフィルタ、特に整合フィルタで最適に抑制可能だからである。従って、発信された超音波パルスの混同の危険性が存在することなしに、複数の超音波センサを並行して運転することができる。従って、超音波センサ装置の周囲は、確実かつ間違いなしに検出可能であり、この場合、このような検出は制限された時間間隔内で行われる。

第１の周波数特性は好適な形式で、第２の周波数特性に対して逆向きである。このことは、第１の周波数特性が好適な形式で周波数の上昇を有していて第２の周波数特性が周波数の低下を有しているか、またはその逆である、ということである。従って、超音波パルスはさらに最適に分離可能である。何故ならば、周波数自体だけが異なっているのではなく、周波数の変化も異なっているからである。

別の好適な実施例によれば、超音波センサが、２つの外側の超音波センサと４つの隣接する内側の超音波センサとを有している。この場合、外側の超音波センサは、この外側の超音波センサが、互いに隣接して位置しているすべての内側の超音波センサを取り囲むように配置されている。このことはつまり、各外側の超音波センサが好適な形式で、最大で１つの内側の超音波センサに隣接して配置されている、ということである。従って、内側の超音波センサは、２つの別の内側の超音波センサに隣接して配置されているか、または選択的に１つの外側の超音波センサおよび１つの別の内側の超音波センサに隣接して配置されている。コントロールユニットは、隣接して配置されていないすべての、それぞれ２つの内側の超音波センサおよび１つの外側の超音波センサを同時に作動させるように、設定されている。このことはつまり、２つの作動中の超音波センサの間に１つの非作動中の超音波センサが存在する、ということである。さらに、コントロールユニットは、外側の超音波センサを第１の周波数変調された励振パターンで制御し、それぞれ１つの内側の超音波センサを第２の周波数変調された励振パターンおよび第３の周波数変調された励振パターンで制御するように、設定されている。

従って、２つの作動中の内側の超音波センサは、異なる周波数変調された励振パターン、つまり第２の周波数変調された励振パターンおよび第３の周波数変調された励振パターンを有している。さらに追加的に、作動中の外側の超音波センサは別の励振パターン、つまり第１の周波数変調された励振パターンを有している。第１の周波数変調された励振パターン、第２の周波数変調された励振パターンおよび第３の周波数変調された励振パターンは、互いに異なって構成されている。従って、作動中の超音波センサによって発信されるすべての信号は、互いに異なっていて、ひいては簡単かつ安価に分離することができる。このような形式で、超音波センサ装置の周囲の迅速な検出が可能であり、この場合、完全に異なる信号を使用することによって、個別の超音波センサから発信された超音波パルスの混同は避けられ、ひいては周囲を確実かつ間違えずに検出することができる。

第１の周波数変調された励振パターンは、好適な形式で第１の帯域幅を有する周波数の変化を有している。第１の帯域幅は、好適な形式で３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、特に３ｋＨｚである。周波数の変化は特に線形に行われる。第２の周波数変調された励振パターンは、第２の帯域幅を有する周波数の変化を有している。第２の帯域幅は、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、特に３ｋＨｚである。この変化も好適な形式で線形に行われる。第３の周波数変調された励振パターンは、第３の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、この場合、第３の帯域幅は３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、好適には３ｋＨｚである。この周波数の変化も好適な形式で線形に行われる。さらに、第１の帯域幅に亘って延在する第１の周波数変調された励振パターンの第１の周波数特性と、第２の帯域幅に亘って延在する第２の周波数変調された励振パターンの第２の周波数特性と、第３の帯域幅に亘って延在する第３の周波数変調された励振パターンの第３の周波数特性とが、すべて互いに異なっている。このような形式で、第１の周波数特性、第２の周波数特性および第３の周波数特性が重畳しないようになっている。むしろ、超音波センサ装置によって発信される各超音波パルスは、周波数変化の全帯域幅に亘って、超音波装置から発信されたそれぞれ別の超音波パルスとは異なる周波数を有している。従って、発信された超音波パルスの分離は簡単かつ安価に可能である。超音波センサは特に、１２ｋＨｚ、特に１０ｋＨｚの最大帯域幅を有している。第１の帯域幅、第２の帯域幅および第３の帯域幅を使用することによって、これらの最大帯域幅は、様々な超音波パルスの発信のために最適に利用し尽くされる。このことはつまり、各励振パターンは最大帯域幅を有しているが、それと同時に励振パターンの周波数の重畳は完全に避けられる、ということである。

選択的な実施例では、前記第１の周波数変調された励振パターンが第１の帯域幅を有する周波数の変化を有している。第１の帯域幅は、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、好適には５ｋＨｚである。やはり、この周波数の変化は好適には線形に行われる。第２の周波数変調された励振パターンは、第２の帯域幅を有する周波数の変化を有している。第２の帯域幅は、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、好適には５ｋＨｚである。ここでも、周波数の変化は好適な形式で線形に行われる。第３の周波数変調された励振パターンは第３の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、この場合、第３の帯域幅は、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間、特に９ｋＨｚである。ここでも、周波数の変化は好適な形式で線形に行われる。さらに、第３の帯域幅に亘って延在する第３の周波数変調された励振パターンの第３の周波数特性が、第１の帯域幅に亘って延在する第１の周波数変調された励振パターンの第１の周波数特性と部分的に重畳されており、かつ／または第２の帯域幅に亘って延在する第２の周波数変調された励振パターンの第２の周波数特性と部分的に重畳されているように設計されている。それと同時に、好適な形式で、第１の周波数特性が第２の周波数特性と異なっているように設計されているので、第１の周波数特性は第２の周波数特性と重畳しない。従って、第３の周波数特性に関する重畳だけが設けられている。やはり、超音波センサの最大帯域幅は、１２ｋＨｚ、特に１０ｋＨｚを有している。従って、前記好適な第１の帯域幅、第２の帯域幅および第３の帯域幅によって、第２の周波数特性と第３の周波数特性とが重畳することなしに、最大帯域幅が第２の帯域幅および第３の帯域幅により最適に利用し尽くされている。それと同時に、第１の帯域幅を有する第１の周波数変調された励振パターンは、超音波センサの最大帯域幅に対して相対的に非常に高い帯域幅を有している。大きい第１の帯域幅に基づいて、第１の励振パターンは、外側の超音波センサにおけるドップラーロバスト性に関して利点を有しており、この場合、このようなロバスト性は、周囲の対象物を検出する際の高い速度のために利用することができる。従って、改善されたドップラーロバスト性およびそれに起因するより高い検出速度に基づく第１の周波数特性と第２の周波数特性および／または第３の周波数特性との重畳により、個別のコードの分離可能性の僅かな劣化は甘受される。

特に好適には、第１の周波数特性が、第２の周波数特性および／または第３の周波数特性に対して逆向きである。選択的にまたは追加的に、第２の周波数特性が、特に第３の周波数特性に対して逆向きである。このような形式で、超音波センサによって発信された個別の超音波パルスの分離可能性の改善が行われる。

第１の時点で超音波パルスを発信中である本発明の第１実施例による超音波センサ装置の概略図である。 第２の時点で超音波パルスを発信中である本発明の第１実施例による超音波センサ装置の概略図である。 第１の時点で超音波パルスを発信中である本発明の第２実施例による超音波センサ装置の概略図である。 第２の時点で超音波パルスを発信中である本発明の第２実施例による超音波センサ装置の概略図である。 本発明の第３実施例による超音波センサ装置の概略図である。 本発明の１実施例による超音波センサ装置の超音波センサを制御するための励振パターンの概略図である。

本発明の実施例を、添付の図面を用いて以下に詳しく説明する。

図１は、第１の時点で超音波パルスを発信する際の本発明の第１実施例による超音波センサ装置１０を概略的に示す。図２は、第２の時点で超音波パルスを発信する際の同じ超音波センサ装置１０を示す。第１の時点および第２の時点は時間的に連続している。

超音波センサ装置１は６つの超音波センサ１，２，３，４，５，６を有しており、これらの超音波センサは、２つの隣接し合う第１の内側の超音波センサ１，２、２つの隣接し合う第２の外側の超音波センサ５，６並びに２つの内側の超音波センサ３，４に分けられている。この場合、各内側の超音波センサ３，４は、別の内側の超音波センサ３，４に隣接していて、かつ第１の外側の超音波センサ１，２の隣に配置されているかまたは第２の外側の超音波センサ５，６の隣に配置されているように設計されている。図１および図２に示された実施例では、超音波センサ１，２，３，４，５，６は並んで配置されているように設計されている。これは特に、超音波センサ装置１０が自動車のバンパ内で使用される場合である。このような配置では、すべての超音波センサ１，２，３，４，５，６は、端縁部の超音波センサ１，６を除いてそれぞれ２つの隣接物を有している。端縁部の超音波センサ１，６は１つの隣接物を有しているだけである。

すべての超音波センサ１，２，３，４，５，６はコントロールユニット７に接続されている。コントロールユニット７は、選択的に超音波センサ１，２，３，４，５，６を作動させるために用いられる。１つの超音波センサ１，２，３，４，５，６が作動されると、この超音波センサが超音波パルスを発信するようになる。超音波センサが作動されないと、超音波センサ１，２，３，４，５，６は超音波パルスを受信するために使用され得るようになる。この場合、超音波センサ１，２，３，４，５，６は、コントロールユニット７によって検出可能な超音波パルスを受信する際の信号を生成する。従って、各超音波センサ１，２，３，４，５，６は、コントロールユニット７による制御に応じて、超音波パルスのための送信器であるかまたは受信器である。

各超音波センサ１，２，３，４，５，６は、特に１２ｋＨまたは１０ｋＨの最大帯域幅を有している。超音波センサ１，２，３，４，５，６の信号を互いに識別できるようにするために、これらの信号は様々な励振パターン１００，２００，３００で生成される。これらの様々な励振パターンは、各超音波センサ１，２，３，４，５，６が、一定の周波数ではなく、むしろ連続的に変化する周波数を有する電圧で励振される、ということである。これによって、発信された超音波パルスはやはり一定の周波数を有するのではなく、周波数特性を有することになる。周波数特性は、励振パターン１００，２００，３００によって決定される。適切に構成された“Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ「整合フィルタ」”を介して、励振パターン１００，２００，３００の相応の周波数特性を有する受信された信号をフィルターアウトすることができる。従って、外側の超音波センサ１，２，５，６が設けられており、このことは、第１の外側の超音波センサ１，２および第２の外側の超音波センサ５，６が同じ周波数変調された励振パターン、つまり第１の周波数変調された励振パターン１００で制御される、ということである。内側の超音波センサ３，４は、周波数変調された第２の励振パターン２００で制御される。このために、コントロールユニット７は、それぞれ１つの第１の外側の超音波センサ１，２、第２の外側の超音波センサ５，６および内側の超音波センサ３，４を同時に作動させるように設計されている。同時に作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６は互いに隣接して配置されているのではなく、作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６の間に非作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６が位置している。これは図１および図２に示されている。図面では、それぞれ作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６が塗りつぶされた円で示されていて、これに対して非作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６が塗りつぶされていない円で示されている。従って、作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６は常に、互いに最大の物理的機械的な間隔を有している。追加的に、隣接し合う作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６は、様々な超音波信号を発信する。これにより、取り違えのおそれなしに、それぞれの送信器に対する受信された超音波信号の割当てが可能となる。

コントロールユニット７は交互に、図１に示されているように超音波センサ１，３，５の第１のグループを作動させるか、または図２に示されているように超音波センサ２，４，６の第２のグループを作動させるように設定されている。それぞれの非作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６は、もっぱら超音波パルスの受信器としてだけ用いられる。

発信された個別の超音波パルスは、互いに最適に分離させることができる。図１に示された発信後に、第１の外側の超音波センサ１，２のうちの一方で、第２の励振パターン２００を有する超音波パルスが受信されると、これは相応の整合フィルタによって検知可能である。整合フィルタは、第１の励振パターン１００の第１の周波数特性を有さないすべての信号を振幅０になるまで低下させるように設定されている。従って、第１の外側の超音波センサ１，２では、実際に第１の外側の超音波センサ１，２によって発信された信号だけが検出される。これと同じことは、第２の外側の超音波センサ５，６並びに内側の超音波センサ３，４にも同様にあてはまる。

第１の励振パターン１００および第２の励振パターン２００に従って超音波パルスの最適な識別可能性を得るために、第１の励振パターン１００は５ｋＨの第１の帯域幅を有する周波数の変化を有するように設計されている。同様に、第２の励振パターンは、５ｋＨｚの第２の帯域幅を有する周波数の変化を有する。この第１の帯域幅および第２の帯域幅内で相応の周波数が、連続的に好適には線形に変化せしめられる。特に好適には、この変化は、第１の励振パターン１００と第２の励振パターン２００とで互いに逆向きである。つまり、第１の励振パターン１００では周波数が上昇し、これに対して第２の励振パターン２００では周波数が低下する、という意味である。しかも、第１の励振パターン１００から得られる第１の周波数特性は、第２の励振パターン２００から得られる第２の周波数特性とは完全に異なるように設計されている。つまり、第１の励振パターン１００によって生成されるすべての超音波パルスは、第２の励振パターン２００によって生成された超音波パルスの周波数と一致する周波数を、その全帯域幅内で有していない、ということである。このような形式で、第１の周波数特性と第２の周波数特性とが部分的にまたは完全に重畳することは避けられている。これは、異なる励振パターン１００，２００によって生成された様々なパルスの分離可能性を改善する。

図３および図４は、本発明の第２実施例による超音波センサ装置１０を示す。図３は、やはり、第１の時点での超音波センサ装置１０による超音波パルスの発信を示し、これに対して図４は、第２の時点での超音波センサ装置１０による超音波パルスの発信を示す。この場合、第２実施例は、第１実施例による端縁部の超音波センサ１，６が存在しないこと以外は、第１実施例と同じである。従って、超音波センサ２，３，４，５は、内側の超音波センサ３，４と第１の外側の超音波センサ２と第２の超音波センサ５だけを有している。超音波センサ２，３，４，５の制御は、前記と同様に行われる。従って、やはり、発信された超音波パルスの最大分離可能性を可能にすることが得られる。

超音波センサ１，２，３，４，５，６の最大帯域幅は、前記２つの実施例では最大１０ｋＨｚ、特に最大１２ｋＨｚである。第１の励振パターン１００の第１の帯域幅および第２の励振パターン２００の第２の帯域幅の選択によって、最大帯域幅は完全にまたはほぼ完全に利用し尽くされ、これに対して同時に第１の周波数特性と第２の周波数特性との重畳は阻止されるようになっている。しかも、第１の励振パターン１００および第２の励振パターン２００によって生成される個別の超音波パルスは、最大可能な帯域幅を有しており、これは、ドップラーロバスト性に関して利点を提供する。従って、超音波パルスを確実かつ間違いなしに検知して処理することができ、それによって、超音波センサ装置１０の周囲を、確実かつ間違いなしにそれと同時に迅速に検出することも可能にする。

図５は、最後に超音波センサ装置１０の第３実施例を示す。第３の実施例では、やはり６つの超音波センサ１，２，３，４，５，６が設けられている。これらの超音波センサ１，２，３，４，５，６は、隣接して配置された４つの内側の超音波センサ２，３，４，５並びに２つの外側の超音波センサ１，６を有している。４つの内側の超音波センサ２，３，４，５は、２つの別の内側の超音波センサ２，３，４，５に隣接して配置されているか、または別の１つの内側の超音波センサ２，３，４，５および１つの外側の超音波センサ１，６に隣接して配置されている。外側の超音波センサ１，６は、隣接して配置された１つの超音波センサ１，２，３，４，５，６だけを有しており、この場合、これは内側の超音波センサ２，３，４，５のうちの１つである。

すべての超音波センサ１，２，３，４，５，６は、やはりコントロールユニット７に接続されている。コントロールユニット７は、超音波センサ１，３，５の第１のグループまたは超音波センサ２，４，６の第２のグループを同時に制御するために用いられる。従って、コントロールユニット７によって、超音波センサ１，３，５の第１のグループおよび超音波センサ２，４，６の第２のグループが交互に作動可能である。それぞれ作動されていない超音波センサ１，２，３，４，５，６は、もっぱら受信器として用いられる。

コントロールユニット７は、内側の超音波センサ２，３，４，５を、第１の励振パターン１００または第２の励振パターン２００で制御するように設定されている。さらに、コントロールユニット７は、外側の超音波センサ１，６を第３の励振パターン３００で制御するように設定されている。この場合、それぞれ２つの隣接する内側の超音波センサ２，３，４，５が同時に作動されるので、一方の作動中の内側の超音波センサ２，３，４，５が第１の励振パターン１００で励振され、他方の作動中の内側の超音波センサが第２の励振パターン２００で励振されるように設計されている。このことはつまり、超音波センサ１，３，５の第１のグループの作動中に、すべて異なる励振パターン１００，２００，３００によって生成された超音波パルスが発信される、ということである。これと同じことは、超音波センサ２，４，６の第２のグループの作動のためにもあてはまる。

第１の励振パターン１００の形態のために、第２の励振パターン２００および第３の励振パターン３００は２つの選択肢が可能である。第１の選択肢では、すべての励振パターン１００，２００，３００が、連続的な特に線形の、３ｋＨｚの帯域幅を有する周波数変化を有している。同時に、励振パターン１００，２００，３００によって生成される周波数特性が重畳しないように設計されている。従って、各超音波パルスが、超音波センサ装置１０によって発信されたそれぞれ別の超音波パルスとは完全に異なる周波数を有するように保証されている。このような形式で、すべての超音波パルスは確実かつ間違いなしに分離され得る。さらに、それぞれ１２ｋＨｚ特に１０ｋＨｚの、超音波センサの最大帯域幅が最適に利用し尽くされる。従って、超音波パルスは最大ドップラーロバスト性を有している。

第２の選択肢では、超音波パルスの周波数の僅かな重畳が甘受される。従って、５ｋＨｚの周波数の変化の前記帯域幅は、十分なドップラーロバスト性のためには不十分である。従って、第２の選択肢では、第１の励振パターン１００が、５ｋＨｚの第１の帯域幅を有する周波数の変化を生ぜしめるように設計されている。これと同じことは、同様に３ｋＨｚの第２の帯域幅を有する周波数の変化が行われる第２の励振パターン２００のためにもあてはまる。第３の励振パターン３００では、周波数の変化は９ｋＨｚの第３の帯域幅内で行われる。同時に、第１の励振パターン１００および第２の励振パターン２００の周波数特性が重畳しないように設計されている。これに対して、第３の励振パターン３００の周波数特性は、第１の励振パターン１００の周波数特性および／または第２の励振パターン２００の周波数特性と部分的に重畳する。しかしながら、第３の励振パターン３００は、９ｋＨｚの高い帯域幅を有する周波数特性を有している。従って、第３の励振パターン３００の第３の周波数特性の帯域幅は、特に超音波センサ１，２，３，４，５，６の最大帯域幅の大部分に相当する。これにより、超音波センサ装置１０の周囲の対象物のより高い検出速度のためにも使用され得る、著しく改善されたドップラーロバスト性が得られる。内側の超音波センサ２，３，４，５は、どの時点でも周波数が重畳しない超音波パルスだけを発信する。

前記２つの選択肢では、好適には、第２の励振パターン２００における周波数の変化は、第１の励振パターン１００および第３の励振パターン３００における変化とは互いに逆向きである。これによって、隣接し合う作動中の超音波センサ１，２，３，４，５，６は、互いに逆向きの周波数特性を有する超音波パルスを発信する。これは、発信された超音波パルスの分離可能性を改善する。

図６には、様々な励振パターン１００，２００，３００のための周波数の好適な変化が示されている。図６にはもっぱら、前記第２の選択肢だけが示されている。この場合、励振パターン１００，２００，３００の周波数の特性は、周波数軸８および時間軸９を有する座標系で示されている。

第１の励振パターン１００の周波数特性は、上昇、特に周波数を線形に値Δｆだけ上昇させ、第２の励振パターン２００の周波数特性は、値Δｆだけ周波数の低下をもたらす。従って、第１の励振パターン１００および第２の励振パターン２００のための値Δｆは、周波数変化のそれぞれ第１の帯域幅および第２の帯域幅に相当する。この場合、第１の帯域幅および第２の帯域幅は同じであって、好適な形式でそれぞれ５ｋＨｚである。第３の励振パターン３００の周波数特性は、著しく高い第３の帯域幅、特に前記９ｋＨｚの帯域幅を有している。従って、第３の励振パターン３００の周波数特性は部分的に、第２の励振パターン２００の第２の周波数特性および第１の励振パターン１００の第１の周波数特性と重畳することが分かる。このような重畳は甘んじて受け入れられる。何故ならば、同時に第３の励振パターン３００の周波数特性のための著しく増大された第３の帯域幅が得られるからである。これにより、前記高められたドップラーロバスト性が得られ、ひいては、超音波センサ装置１０の周囲の障害物の改善された時間的な検出が得られる。

各励振パターン１００，２００，３００は、好適な形式で１．６ミリ秒の時間間隔Ｔ中に実行される。従って、超音波センサ装置１０によって発信されるすべての超音波パルスは、同じ時間的な長さを有している。第１の励振パターン１００、第２の励振パターン２００および第３の励振パターン３００による周波数の変化は、特に４８ｋＨｚの標準周波数ｆ_０を中心にして対称的に延在する。このような標準周波数は超音波センサ１，２，３，４，５，６のために好適である。

１，２，３，４，５，６ 超音波センサ
７ コントロールユニット
８ 周波数軸
９ 時間軸
１０ 超音波センサ装置
１００，２００，３００ 励振パターン
ｆ_０ 標準周波数

Claims (6)

1. 超音波センサ装置（１０）であって、
   複数の超音波センサ（１，２，３，４，５，６）と、
   前記超音波センサ（１，２，３，４，５，６）を制御するためのコントロールユニット（７）と、を有しており、
   前記コントロールユニット（７）は、選択的に前記超音波センサ（１，２，３，４，５，６）の第１のグループまたは前記超音波センサ（１，２，３，４，５，６）の第２のグループを同時に作動させるように設定されていて、それによって作動された前記超音波センサ（１，２，３，４，５，６）が超音波信号を発信するようになっており、
   前記第１のグループの各超音波センサ（１，２，３，４，５，６）が、前記第２のグループの少なくとも１つの超音波センサ（１，２，３，４，５，６）に隣接して配置されていて、前記第２のグループの各超音波センサ（１，２，３，４，５，６）が前記第１のグループの少なくとも１つの超音波センサ（１，２，３，４，５，６）に隣接して配置されており、
   前記コントロールユニット（７）は、隣り合って位置する作動中の超音波センサを様々に周波数変調された励振パターン（１００，２００，３００）で制御するように設定されており、
   各内側の超音波センサ（２，３，４，５）が、別の２つの内側の超音波センサ（２，３，４，５）に隣接して配置されているか、または別の１つの内側の超音波センサ（２，３，４，５）および１つの外側の超音波センサ（１，６）に隣接して配置されており、
   前記コントロールユニット（７）は、隣接して配置されていないすべての、それぞれ２つの内側の超音波センサ（２，３，４，５）および１つの外側の超音波センサ（１，６）を同時に作動させるように、設定されており、
   前記コントロールユニット（７）は、前記外側の超音波センサ（１，６）を第１の周波数変調された励振パターン（１００）で制御し、それぞれ１つの内側の超音波センサ（２，３，４，５）を第２の周波数変調された励振パターン（２００）および第３の周波数変調された励振パターン（３００）で制御するように、設定されており、
   前記第１の周波数変調された励振パターン（１００）、前記第２の周波数変調された励振パターン（２００）および前記第３の周波数変調された励振パターン（３００）が、互いに異なっている、ことを特徴とする、
   超音波センサ装置（１０）。
2. 前記周波数変調された励振パターン（１００，２００，３００）が、予め規定された帯域幅内で連続的な周波数変化を有することを特徴とする、請求項１記載の超音波センサ装置（１０）。
3. 前記第１のグループおよび前記第２のグループがそれぞれ、前記超音波センサ（１，２，３，４，５，６）の半分を有していることを特徴とする、請求項１または２記載の超音波センサ装置（１０）。
4. 前記第１の周波数変調された励振パターン（１００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第１の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第２の周波数変調された励振パターン（２００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第２の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第３の周波数変調された励振パターン（３００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第３の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第１の帯域幅に亘って延在する前記第１の周波数変調された励振パターン（１００）の第１の周波数特性と、前記第２の帯域幅に亘って延在する前記第２の周波数変調された励振パターン（２００）の第２の周波数特性と、前記第３の帯域幅に亘って延在する前記第３の周波数変調された励振パターン（３００）の第３の周波数特性とが、すべて互いに異なっている、
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波センサ装置（１０）。
5. 前記第１の周波数変調された励振パターン（１００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第１の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第２の周波数変調された励振パターン（２００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第２の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第３の周波数変調された励振パターン（３００）が、３ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間の第３の帯域幅を有する周波数の変化を有しており、
   前記第３の帯域幅に亘って延在する前記第３の周波数変調された励振パターン（３００）の第１の周波数特性が、前記第１の帯域幅に亘って延在する前記第１の周波数変調された励振パターン（１００）の第１の周波数特性と部分的に重畳されており、かつ／または前記第２の帯域幅に亘って延在する前記第２の周波数変調された励振パターン（２００）の第２の周波数特性と部分的に重畳されている、
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波センサ装置（１０）。
6. 前記第１の周波数特性が前記第２の周波数特性および／もしくは前記第３の周波数特性に対して逆向き、並びに／または前記第３の周波数特性が前記第２の周波数特性に対して逆向きであることを特徴とする、請求項４に記載の超音波センサ装置（１０）。

Images