机动车辆的超声传感器系统和操作超声传感器系统的方法与流程

1.本发明涉及用于机动车辆的超声传感器领域，更具体地，涉及一种用于机动车辆的超声传感器系统以及一种用于操作超声传感器系统的方法。


背景技术：

2.已知具有用于生成和检测超声波的电声换能器布置的超声传感器，超声传感器用于测量与机动车辆环境中的物体的距离。在这种情况下，发射超声波，并捕获从车辆环境返回的回波信号。基于信号渡越时间来确定与物体的距离。这种测量例如由机动车辆的驾驶或停车辅助系统使用。
3.由于电声换能器布置中内部或外部引起的变化，例如压电元件的老化相关领域的影响，测量结果可能被破坏，或者超声传感器可能随时间而失效。因此，可以在机动车辆上提供多个超声传感器，并且由各个超声传感器提供的测量值可以在被评估之前进行可信度检查。然而，在超声传感器的电特性变量逐渐变化的情况下，这种可信度检查也可能错误地将基本上可用的测量结果挑选出去。
4.ep 2347231 b1教导了一种功能监控装置，其基于激励频率确定超声传感器的阻抗特性曲线。当确定阻抗特性曲线时，与正常测量操作相比，超声传感器以较小且恒定的振幅被激励。
5.de 102012216968 a1教导了通过测试信号来测量超声换能器的电阻抗，并且将阻抗在测试信号的频率上的变化与关于阻抗曲线中存在的极值点的参考进行比较。测试信号的振幅不同于用于测量距离的振幅。
6.de 102014201482 a1教导了通过在恒定电压振幅的特定频率范围内扫描激励信号来确定超声换能器的阻抗曲线。
7.de 102017203136 a1教导了一种声音传感器的监控单元，其针对不同的激励频率测量声音换能器的阻抗。在这种情况下，声音换能器被激励的振幅优选地比用于测量距离的振幅小10的一次或多次方。


技术实现要素：

8.针对该背景技术，本发明所基于的目的是改进超声传感器的状态的确定。
9.相应地，提出了一种用于机动车辆的超声传感器系统。所提出的超声传感器系统包括超声传感器和电测试设备，超声传感器具有用于生成和检测超声波的电声换能器布置，电测试设备配置为向电声换能器布置输出电测试信号，并且捕获来自电声换能器布置的对电测试信号的电响应信号。所提出的超声传感器系统还包括测试控制设备，测试控制设备配置为使用电测试设备来捕获电响应信号的特性变量，同时在多个测量点改变电测试信号的频率和振幅。
10.电声换能器布置可以特别地包括超声膜、附接到超声膜并具有机械电容、机械电阻、磁致伸缩或电致伸缩操作原理的声音换能器设备(例如压电元件)以及用于匹配声音换
能器设备的阻抗的耦合电路。
11.特别地，这种电声换能器布置可以被理解为有电阻、电感和电容部件的非线性电布置。
12.在不仅改变测试信号的频率而且改变测试信号的振幅的同时，所提出的在多个测量点捕获电特性变量可以有利地用于捕获电声换能器布置的多维特性图的至少一部分，并且因此特别考虑特性变量的非线性振幅依赖性。
13.由于电声换能器布置的电特性变量的振幅依赖性的这种考虑，超声传感器的状态的显著改进的特性是可能的，并且相应地，机动车辆的上级控制装置可以对超声传感器的状态变化做出好得多的反应。
14.术语“测量点”特别地可以表示测试信号的精确的一个频率和精确的一个振幅的特定组合。
15.相应地，测试控制设备特别地可以捕获多个特性变量，每个测量点一个。在多个测量点获取的特性变量特别地可以形成超声传感器的电声换能器布置的特性曲线或二维或多维特性图。
16.电测试信号特别地可以是施加到电声换能器布置的电特性变量的振荡，例如有限定的振幅和限定的频率的电流或电压。测试信号的振幅和频率在每个测量点可以是恒定的，特别是在测量点捕获响应信号的特性变量的时间段内。
17.特别地，电响应信号可以是特性变量之一(诸如电压或电流)的振荡，其在电测试信号被施加到电声换能器布置时在电声换能器布置被捕获。
18.电测试设备可以由提供在超声传感器中的电路形成，并且可以由测试控制设备控制以生成具有在每种情况下由测试控制设备指定的频率和振幅的电测试信号，并且可以由测试控制设备使用以捕获电响应信号。
19.测试控制设备可以集成到超声传感器中，或者可以提供在超声传感器的外部。
20.测试控制设备特别地可以由专用集成电路(asic)、微处理器、电子控制单元(ecu)等形成。
21.在改变测试信号的频率和振幅时，通过测试控制设备在多个测量点捕获特性变量也可以被称为超声传感器的“测试操作”。为了测量距离，控制电声换能器布置生成超声波并随后捕获反射的超声波也可以被称为超声传感器的“测量操作”。
22.根据一个实施例，电测试信号是恒定电流信号，并且相应的特性变量包括在相应的测量点处在电测试信号的频率和振幅处的响应信号的电压的振幅和/或相位角。
23.因此，可以在每个测量点捕获一个或多个特性变量。优选地，至少捕获响应信号的电压振幅。此外，也特别优选地捕获响应信号的电压的相位角。这样，电声换能器布置的响应的实数值和复数值部分可以被有利地完全捕获。
24.通过选择恒定电流信号(有恒定电流振幅的信号)，超声传感器的测试操作可以有利地在与超声传感器的电流控制的测量操作相同的条件下进行。
25.然而，作为对此的替代，也可以设想，电测试信号可以是恒定电压信号，并且相应的特性变量可以相应地是在相应的测量点处的电测试信号的频率和振幅下的响应信号的电流强度的振幅和/或相位角。
26.根据进一步的实施例，在进行距离测量时，测试信号的多个测量点被选择为对应
于超声传感器的控制信号的操作点。
27.这意味着超声传感器的测试操作可以用测试信号的相同频率和振幅来进行，其也用于超声传感器的测量操作期间的控制信号。
28.这样，在测试操作期间捕获的特性图(在多个测量位置捕获的特性变量)可以有利地表征电声换能器布置在与测量操作相关的振幅和频率下的电阻、电感和电容特性。以这种方式获得的特性可以有利地用于调整测量操作的参数，并且因此使得能够继续使用具有随时间改变的操作行为的超声传感器。
29.根据进一步的实施例，对于频率范围内的多个不同频率，多个测量点的每个恰好包括一个测量点。这里，基于测量点的频率选择相应的测量点的振幅。
30.特别地，相应地，多个测量点不能覆盖整个特性图，但是可以有利地沿通过超声传感器的特性图的一维路径选择，所述一维路径特别是非直线的、特别是非线性的。
31.在测试操作期间完全测试指定的频率范围和指定的振幅范围、从而确定超声传感器的完全的特性图在理论上当然是可行的。然而，如果对于多个不同频率中的每个只精确地捕获一个测量点，测试操作期间的测试可以在较短的时间内完成。特别地，测试操作因此可以在超声传感器的测量操作的两个测量循环之间的暂停中进行，而超声传感器的测量操作不必为了测试而中断。
[0032]“在线测试”因此成为可能。
[0033]
在这种情况下，相应的测量点的振幅可以优选地被选择为在相同频率的测量操作期间控制信号被施加到电声换能器布置的振幅。因此，有利地，只有与测量操作相关的特性变量可以被捕获。
[0034]
可以根据测量操作的需求选择频率范围。频率范围特别地可以包括50khz的频率。频率范围可以特别优选地覆盖从40khz到60khz的范围，并且非常特别优选地覆盖从30khz到70khz的范围。
[0035]
根据进一步的实施例，频率范围内的多个测量点被选择为在第一频率部分中比在确定了比所述高梯度更低的梯度的频率部分中更靠近在一起，在第一频率部分中，在电声换能器布置的先前测试期间确定了要捕获的特性变量的高梯度。
[0036]
在此情况下,“先前测试”可以特别地与测试操作的实际执行相关。特别地，“先前测试”可以与测试操作的最后一次执行相关。这样，在超声传感器的使用寿命期间，可以将其中测量点被选择得更靠近在一起的频率部分适应地调整到特性图中的检测到了非线性的区域。作为对此的替代，“先前测试”可以与在超声传感器的制造期间执行的测试操作相关。然而,“先前测试”特别地还可以与特性图的理论确定相关，并因此与目标特性图相关，即在电声换能器布置的响应中的非线性被预期的地方，测量点可以被选择为靠近在一起。
[0037]
相应地，可以有利地进一步减少要执行的测量的数量，从而减少测试操作所需的时间间隔，和/或可以提高在感兴趣的区域中确定特性图的精度。
[0038]
根据进一步的实施例，在频率范围内的相邻频率的两个测量点的振幅中，在基于相邻频率选择的振幅范围的下限选择一个振幅，在上限选择另一振幅。
[0039]
相应的频率的振幅范围可以特别地被选择，例如，以这样的方式，使得它覆盖振幅周围的预定容差范围，在测量操作期间，控制信号以相同的频率被施加到电声换能器布置。
[0040]
特别地，尽管对于多个频率中的每个仅需要进行一次测量(仅捕获一个特性变
量)，但是可以相应地有利地沿着通过超声传感器的特性图的两个一维路径选择多个测量点，所述一维路径描述了特性图内的二维带的边界。
[0041]
根据进一步的实施例，测试控制设备配置为基于由测试控制设备捕获的多个特性变量向机动车辆的控制装置报告电声换能器布置的状态。
[0042]
特别地，测试控制设备可以评估多个捕获的特性变量，并且取决于该评估的结果，可以向机动车辆的控制装置报告错误状态或者例如“准备操作”状态。特别地，也可以仅在检测到错误状态时向控制装置报告。
[0043]
例如，测试控制设备可以将描述特性曲线或多维特性图的捕获的特性变量与目标特性曲线或目标特性图进行比较，并且可以基于比较的结果来确定错误状态或“准备操作”状态。
[0044]
相应地，机动车辆的控制装置可以从环境测量排除故障的超声传感器和/或可以向车辆的操作员或维护人员输出报错消息。
[0045]
根据进一步的实施例，超声传感器系统还包括测量控制设备，测量控制设备配置为通过施加电控制信号来激励电声换能器布置发射超声波，并且通过随后捕获和评估来自电声换能器布置的电检测信号来执行距离测量。在这种情况下，测量控制设备配置为基于由测试控制设备捕获的多个特性变量来执行距离测量。
[0046]
测量控制设备可以集成到超声传感器中，或者可以提供在超声传感器的外部。
[0047]
测量控制设备特别地可以由专用集成电路(asic)、微处理器、电子控制单元(ecu)等形成。
[0048]
电控制信号特别地可以是有恒定频率的恒定电流信号。然而，在预定的频率范围内进行扫描也是可行的和优选的。
[0049]“电检测信号”可以理解为特别是由电声换能器布置返回到测量控制设备的信号。当超声波入射到电声换能器布置(其超声膜)上并且被电声换能器布置(其压电元件等)转换成这种回波信号脉冲时，电检测信号可以包括回波信号(回波信号脉冲)。
[0050]
在测量操作期间，可以确定检测信号中的回波信号。基于电控制信号的施加和检测信号中回波信号的出现之间的渡越时间差，可以推断出与机动车辆环境中的障碍物的距离。
[0051]
特别地，可以基于由测试控制设备捕获的特性变量来调整以下内容：控制信号(其频率、频率范围和/或振幅)，和/或用于确定检测信号中的回波信号的阈值，和/或在其中确定回波信号之前用其放大检测信号的增益因子。
[0052]
根据该提议，如果电特性变量(电声换能器布置的电特性图)是已知的并且当执行距离测量时被考虑，则距离测量的可靠性和准确性可以有利地改进。
[0053]
根据进一步的实施例，超声传感器包括测试控制设备。
[0054]
超声传感器优选地还包括测量控制设备。特别优选地，测试控制设备以及可能还有的测量控制设备可以被设计为专用集成电路(asic)的部分，专用集成电路布置在超声传感器的壳体中的印刷电路板上。
[0055]
相应地，可以有利地提供有更长的使用寿命和/或在使用寿命期间有持续改进的测量质量的超声传感器。
[0056]
根据第二方面，提出了一种具有至少一个如上所述的超声传感器系统的机动车
辆。
[0057]
为第一方面的超声传感器系统描述的特征、优点和实施例也相应地适用于第二方面的机动车辆。
[0058]
机动车辆特别地可以是客车或卡车。机动车辆可以具有辅助系统，例如驾驶辅助系统或停车辅助系统，辅助系统可以特别地配置为用于车辆的半自动或全自动驾驶。半自动驾驶被理解为意味着，例如，辅助系统控制转向装置和/或自动档位选择系统。全自动驾驶被理解为意味着，例如，辅助系统额外地还控制驱动设备和制动设备。辅助系统可以以硬件的形式和/或软件的形式实现。在以硬件形式实现的情况下，辅助系统可以是例如计算机或微处理器的形式。在以软件形式实现的情况下，辅助系统可以是计算机程序产品、函数、例程、程序代码的一部分或可执行对象的形式。特别地，辅助系统可以是车辆的上级控制系统的一部分的形式，例如ecu(发动机控制单元)。辅助系统可以使用所提出的超声传感器系统，通过使用脉冲回波方法的超声测量来监控或测量机动车辆的环境。
[0059]
根据该方面的一个实施例，相应的超声传感器分别包括测试控制设备和测量控制设备。根据该方面的另一实施例，所提出的测试控制设备可以仅在机动车辆的控制装置中集中提供一次，并且可以控制多个超声传感器中的每个的测试操作。
[0060]
根据第三方面，提出了一种用于操作机动车辆的超声传感器系统的方法，超声传感器系统包括具有电测试设备和用于生成和检测超声波的电声换能器布置的超声传感器，并且还包括测试控制设备。该方法包括以下步骤：通过测试设备向电声换能器布置输出电测试信号；通过测试设备从电声换能器布置捕获电响应信号；以及通过测试控制设备在多个测量点捕获电响应信号的特性变量，同时改变电测试信号的频率和振幅。
[0061]
针对第一方面的超声传感器系统描述的特征、优点和实施例也相应地适用于第三方面的方法。
[0062]
本发明的进一步可能的实施方式还包括上面或下面关于示例性实施例描述的没有明确提及的特征或实施例的组合。在这种情况下，本领域的技术人员也将添加单独的方面作为对本发明的相应基本形式的改进或添加。
附图说明
[0063]
本发明进一步有利的配置和方面是从属权利要求和下面描述的本发明的示例性实施例的主题。下面参照附图基于优选的示例性实施例更详细地解释本发明。
[0064]
图1示出了根据第一示例性实施例的超声传感器系统的示意图；
[0065]
图2示出了根据第二示例性实施例的超声传感器系统的示意图；
[0066]
图3示出了根据第三示例性实施例的具有多个超声传感器系统的车辆的示意图；
[0067]
图4示出了根据示例性实施例的用于执行测试操作的方法的步骤；
[0068]
图5示出了超声传感器的示例性特性图的三维图；和
[0069]
图6示出了其中输入了测量点的超声传感器的另一示例性特性图的二维图。
[0070]
除非另有说明，否则附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
[0071]
图1示出了根据第一示例性实施例的超声传感器系统1的示意图。超声传感器系统
1由超声传感器2和控制设备3的至少一部分形成。控制设备3可以是例如机动车辆(图3中的11；图1中未示出)的电子控制单元(ecu)。
[0072]
在图1的示意图中，示意性地示出了超声传感器2的壳体的外部形状，该示意图应被理解为基本上纯粹是功能性的。在图1中表示为膜罐(membrane pot)的超声膜4附接到图1中的超声传感器2的壳体的下侧。压电元件5(声音换能器元件的示例)附接(例如粘接)到超声膜4的内部。压电元件5电连接到耦合电路6。耦合电路用于阻抗匹配。超声膜4、压电元件5和耦合电路6的布置是电声换能器布置7的示例。
[0073]
布置在超声传感器2的壳体中的控制单元8配置为将模拟电振荡信号施加到电声换能器布置7，并且捕获由电声换能器布置施加到控制单元8的模拟电振荡信号。
[0074]
布置在超声传感器2外部的控制设备3包括测量控制设备9和测试控制设备10。
[0075]
在超声传感器2的测量操作期间，测量控制设备9与传感器内部的控制单元8交换控制信号，优选地交换数字信号。特别地，测量控制设备9可以以这种方式导致控制单元8向电声换能器布置7施加电控制信号，特别是模拟的电控制信号，更特别是振荡的电控制信号。通过压电元件5，控制信号激励超声膜4振荡，从而发射超声波。测量控制设备9然后导致控制单元8在预定的时间段内捕获由电声换能器布置7提供的电检测信号。当从环境反射的超声波入射到超声膜4上并导致超声膜振动时，压电元件5在电检测信号中生成回波信号(回波信号脉冲)。检测信号由传感器内部的控制单元8捕获，并优选以数字形式传输到测量控制设备9。测量控制设备9评估以这种方式捕获的检测信号，识别回波信号，并且使用超声信号的发射和回波信号的出现之间的时间差以及已知的声速来确定距超声传感器2的环境中的障碍物的距离。
[0076]
电声换能器布置7可以理解为有电阻、电容和电感特性的电布置。如果这些特性发生变化，特别是由于压电元件5的老化效应或者也由于污染等，则在电声换能器布置7的控制和/或来自电声换能器布置7的检测信号的捕获中可能存在不匹配，这可能损害测量质量。
[0077]
因此，在超声传感器2的测试操作期间，控制设备3的测试控制设备10执行图4中示意性示出的步骤。结合图4参考图1。
[0078]
在步骤s1，测量控制设备10与传感器内部的控制单元8交换控制信号，优选地交换数字信号。特别地，测试控制设备10可以以这种方式导致传感器内部的控制单元8(在这种情况下，“测试设备”的示例)向电声换能器布置7施加电测试信号，特别是模拟电测试信号、更特别是振荡的电测试信号。
[0079]
当测试信号以这种方式被施加到电声换能器布置7时，测试控制设备9在步骤s2中捕获由传感器内部的控制电路8(“测试设备”)传输的优选为数字信号的信号，所述信号表示从电声换能器布置7到测试信号的施加的电响应信号，优选为模拟的电响应信号、更优选为振荡的电响应信号。
[0080]
在步骤s3中，测试控制设备10捕获电响应信号的特性变量。
[0081]
在这种情况下，测试信号可以是恒定电流信号(具有恒定电流振幅的交流信号)，并且电响应信号相应地可以是当测试信号被施加到电声换能器布置7时出现的电压信号。在这种情况下，捕获的特性变量是电响应信号的电压振幅和可选的相位角。
[0082]
然而，测试信号也可以是恒定电压信号，相应地电响应信号可以是电流信号。在这
种情况下，捕获的特性变量可以包括电响应信号的电流振幅和可选的相位角。
[0083]
根据该提议，在这种情况下，测试信号的频率和振幅是变化的。这意味着多个测量点以多个不同的频率和不同的振幅操作，并且在每个测量点捕获相应的特性变量。
[0084]
下面将参照图5和6更详细地解释改变频率和振幅的优点和细节；首先描述图1的布置的结构替代方案。
[0085]
图2示出了根据第二示例性实施例的超声传感器系统1的示意图。在第二示例性实施例中，测量控制设备9的功能和测试控制设备10的功能以及电声换能器布置7(耦合电路6、超声膜4和压电元件5)的功能与第一示例性实施例中的相同，但是测量控制设备9和测试控制设备10形成为传感器内部的控制单元8的部分，而不是外部控制设备3的部分。
[0086]
相应地，在第二示例性实施例中，外部控制设备3不形成所提出的超声系统1的一部分；相反，第二示例性实施例中的超声系统1完全由超声传感器2实现。
[0087]
相应地，不需要为执行测量操作和测试操作而与控制设备3交换数字控制信号。相应地，只有距离测量的测量结果和/或从捕获的特性变量确定的状态信息可以通过超声传感器2传输到控制设备3；此外，捕获的特性变量可以在传感器内部使用，以改进在测量操作期间对电声换能器布置7的控制。
[0088]
传感器内部的控制单元8尤其可以是在超声传感器2的壳体中布置在印刷电路板(未示出)上的专用集成电路(asic)。
[0089]
图3示出了根据第三示例性实施例的具有多个超声传感器系统2和控制设备3的车辆的示意图。超声传感器2沿左手侧、右手侧以及沿车辆11的前保险杠和后保险杠布置。
[0090]
第三示例性实施例可以与第一和第二示例性实施例结合。换句话说，根据一个变型，图3中所示的每个超声传感器2可以具有集成的测试控制设备10(图2)，并且因此可以代表超声传感器系统1(图2)。相应地，所示的车辆11可以具有例如十二个独立的超声传感器系统1(图2)。控制设备3可以使用超声传感器系统1(图2)来测量车辆环境，并且可以使用所获得的信息来提供驾驶或停车辅助功能。
[0091]
根据另一变型，可以在车辆11的控制设备3中提供所提出的测试控制设备10(图1)以及可选的测量控制设备9(图1)。因此，多个超声传感器2和控制设备3可以一起形成具有多个超声传感器2的超声传感器系统1(图1)。在这种情况下，控制设备3的测试控制设备10(图1)的功能仅需要配置一次，并且测试控制设备10(图1)可以集中评估电声换能器布置7(图1)的所有所捕获的特性变量，并且可以当控制测量操作时将它们考虑在内。
[0092]
图5示出了超声传感器的示例性特性图的三维图。必要时参考图5以及图1和图2。
[0093]
图5中的特性图13由测量点(由于其数量大而未单独标记)组成，测量点在非常综合的测试操作期间用超声传感器系统1捕获。恒定电流的测试信号的频率沿标记为“x”的轴线绘制，恒定电流的测试信号的电流强度的振幅沿标记为“y”的轴线绘制，捕获的响应信号的电压的振幅沿标记为“z”的轴线绘制。
[0094]
在图5的特性图13中可以看到特性图13的两个峰12，在峰处特性图的振幅急剧增加。还可以看出，峰12示出了对振幅的显著依赖性——随着振幅增加，它们的频率位置向较低频率移动。这些非线性是由压电元件5中固有的边界效应引起的。
[0095]
所提出的解决方案的中心思想是，如果不仅在不同的频率下进行捕获，而且在不同的振幅下进行捕获，特别是在实际上与超声传感器的测量操作相关的振幅下进行捕获，
可以更好地捕获超声传感器2的电特性变量。
[0096]
然而，捕获图5中所示的整个特性图13需要改变测试信号的频率和振幅二者，每个都是在所有可能的组合中在它们的值的整个范围内改变，并且相应地需要大量的测量以及相应地需要大量的时间和能量。然而，希望“在线”执行测试操作，即在测量操作中没有中断或没有任何显著中断。
[0097]
因此，参考图6(还参图1和图2)解释捕获电声换能器布置7的电特性变量的优选方式，其可以在示例性实施例中由测试控制设备10(图1、2)实现。
[0098]
图6示出了超声传感器2的另一示例性特性图13的二维图。在图6中，如图5一样，测试信号的频率沿“x”轴线绘制，测试信号的振幅沿“y”轴线绘制。响应信号的振幅由图6中的阴影表示，其中阴影越暗，响应信号的振幅越高。特别地，在类似于图5的大量实验中确定的电声换能器布置的理论和/或完整特性图13在图6中由阴影示出。
[0099]
应注意的是，在测量操作期间，扫描可以在限定的频率范围内发生，也就是说，测量操作不一定恰好在一个频率和一个振幅下发生，而是可以有利地沿图6的特性图13中的工作曲线(未示出)发生。
[0100]
图6还示出了特性图的测量点14、15，测量点在测试操作期间实际由根据示例性实施例的测试控制设备10捕获。
[0101]
这意味着，在测试操作期间，测试控制设备10改变测试信号的频率，其方式使得在图6所示的测量点14、15的频率处的多个单独的频率支持点一个接一个地经过。在这种情况下，对于每个频率恰好捕获一个测量点，并且对于每个这样的测量点，选择取决于频率的振幅。在这种情况下，以这样的方式选择(改变)振幅，使得在测量操作的频率扫描期间，相应振幅与相应频率下的控制信号的振幅相关。
[0102]
根据一个示例性实施例，仅标记为14的测量点或仅标记为15的测量点被捕获，并且基本上对应于测量操作期间控制信号的工作曲线上的点。
[0103]
然而，根据特别优选的示例性实施例，标记为14的测量点和标记为15的测量点都被捕获，并且控制信号的振幅的工作曲线可以通过由测量点14和15所限定的路径之间的特性图。也就是说，以这样的方式选择测量点14、15，即对于每两个相邻的测量点14、15，在振幅范围的下限选择一个测量点15，在振幅范围的上限选择第二测量点16，振幅范围以测量操作期间控制信号的振幅为中心，例如在频率之一处或在两个频率之间的中间点。在图6中测试信号只有一个频率扫描的情况下，这导致了通过特性图的第一路径14和第二路径15，它们一起界定了通过特性图的二维带。因此，可以以特别现实的方式估计与测量操作相关的电特性变量的上限和下限。
[0104]
此外，图6示出了特别优选的示例性实施例，其中在第一频率范围16中的测量点被选择为比在峰12附近的第二频率范围17中的测量点14、15相隔更远，在第一频率范围中响应信号的振幅的梯度较低，在峰12附近响应信号的振幅的梯度较高。相应地，在测试操作期间要捕获的点的数量可以进一步减少，特别是在范围16中。
[0105]
根据上述测量，因此可以有利地可以在与测量操作相关的范围内，用基于频率特别选择的测量点14和15处的仅仅几个单独的测量现实地估计响应信号的振幅的二维特性图的特性。因此，可以在测量点14、15处快速捕获特性图或特性变量，这可以例如在测量操作的两个测量循环之间执行，而不必中断测量操作。
[0106]
关于如何通过测试控制设备10评估以这种方式捕获的特性变量(当电测试信号被施加到测量点14、15时出现的电响应信号的振幅和可能的相位角)设想了各种方式。
[0107]
例如，峰12的高度(图5、6)、峰12的频率位置(图5、6)或峰高度彼此之间的比率可以在超声传感器12的操作时间过程中变化。峰12的指定参数也可以用简单的测试控制设备10容易地确定，如可以通过专用集成电路(asic)8(图2)或机动车辆控制设备(ecu)3(图1)实现。测试控制设备10可以确定峰高度或位置相对于参考状态的变化程度，并且可以使用该变化程度来评价超声传感器10的状态。如果超声传感器2的状态被判断为有故障，则例如在图3所示的示例性实施例中，超声传感器2可以从控制设备3的环境测量中排除(不再考虑)。控制设备3可以向驾驶员或维护人员输出相应的警告信息。
[0108]
然而，也可以设想的是，基于所确定的变化的峰位置，不识别故障状态，而是调整测量操作(距离测量)。
[0109]
因此，可以设想的是，测试控制设备10向测量控制设备9提供对捕获的特性变量(例如，关于峰12的移位位置和/或高度的信息)的评估，并且取决于此，测量控制设备9导致超声传感器2的控制单元8例如在测量操作期间增加控制信号的振幅，以在测量操作期间调整控制信号的扫描的频率位置或频率范围，在测量操作期间放大检测信号，或者调整用于捕获检测信号中的回波信号的阈值参数。相应地，测量控制设备9可以基于由测试控制设备10捕获的多个特性变量来执行距离测量。因此，有利的是，即使电声换能器布置7的电特性(例如电阻、电感和/或电容特性)随时间变化，也可以在更长的操作周期内维持高的测量质量。
[0110]
还可以设想的是，除了响应信号的振幅作为另一特性变量之外，测试控制设备10还捕获响应信号相对于测试信号相位角的相位角作为另一特性变量，并且将该特性变量并入超声传感器2的状态的评价中和/或并入测量控制设备9的测量操作的调整中。特别地，电换能器布置7的电感和电容特性可以基于相位角被捕获和评估。以这种方式获得的信息还可以用于例如调整耦合电路6所包括的谐振电路的参数，从而在控制信号的相关频率和振幅下改进与电换能器布置7的阻抗的阻抗匹配。
[0111]
上面描述的用于报告超声传感器2的错误状态和/或用于调整测量操作的措施有利地使用特性变量来执行，所述特性变量以测试信号的振幅被捕获，所述振幅对应于在测量操作期间控制信号在各自相关频率处的振幅或与这些振幅相关，并且因此可以比以测试信号的低振幅或其他振幅或恒定振幅被捕获的特性变量具有更高的相关性或质量。
[0112]
尽管已基于示例性实施例描述了本发明，但是它可以以多种方式修改。
[0113]
在示例性实施例中描述了压电元件5；然而，电声换能器布置7也可以包括基于机械电容、机械电阻、磁致伸缩或电致伸缩操作原理的其他声音换能器。
[0114]
附图标记列表
[0115]
1 超声传感器系统
[0116]
2 超声传感器
[0117]
3 控制设备
[0118]
4超声膜
[0119]
5压电元件(声音换能器元件)
[0120]
6 耦合电路
[0121]
7 电声换能器布置
[0122]
8传感器内部的控制单元(测试设备)
[0123]
9 测量控制设备
[0124]
10 测试控制设备
[0125]
11 机动车辆
[0126]
12 峰
[0127]
13 特性图
[0128]
14测量点，第一路径
[0129]
15测量点，第二路径
[0130]
16 低梯度频率范围
[0131]
17 高梯度频率范围
[0132]
x、y、z图的轴线
[0133]
s1-s3方法步骤

技术特征：
1.一种超声传感器系统(1)，用于机动车辆(11)，包括：超声传感器(2)，所述超声传感器(2)具有电声换能器布置(7)和电测试设备(8)，所述电声换能器布置(7)用于生成和检测超声波，所述电测试设备(8)配置为向所述电声换能器布置(7)输出电测试信号，并且捕获来自所述电声换能器布置(7)的对所述电测试信号的电响应信号，以及测试控制设备(10)，所述测试控制设备(10)配置为使用所述电测试设备(8)来捕获所述电响应信号的特性变量，同时在多个测量点(14、15)改变所述电测试信号的频率和振幅。2.根据权利要求1所述的超声传感器系统，其中所述电测试信号是恒定电流信号，并且相应的特性变量包括在所述电测试信号的频率和振幅下在相应的测量点(14、15)处的响应信号的电压的振幅和/或相位角。3.根据前述权利要求中任一项所述的超声传感器系统，其中在进行距离测量时，所述测试信号的多个测量点(14、15)被选择为对应于所述超声传感器(2)的控制信号的操作点。4.根据前述权利要求中任一项所述的超声传感器系统，其中针对频率范围内的多个不同频率，所述多个测量点(14、15)中的每个包括恰好一个测量点(14、15)，其中基于所述测量点(14、15)的频率选择相应测量点(14、15)的振幅。5.根据权利要求4所述的超声传感器系统，其中频率范围内的多个测量点(14、15)被选择为在第一频率部分(17)中比在频率部分(16)中更靠近在一起，在所述第一频率部分(17)中，在所述电声换能器布置的先前测试期间确定了要捕获的特性变量的高梯度，在频率部分(16)中，确定了比所述高梯度更低的梯度。6.根据权利要求4或5所述的超声传感器系统，其中在频率范围内的相邻频率的每两个测量点(14、15)的振幅中，在基于相邻频率选择的振幅范围的下限选择一个振幅，在上限选择另一振幅。7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声传感器系统，其中所述测试控制设备(10)配置为基于由所述测试控制设备(10)捕获的多个特性变量向所述机动车辆(11)的控制装置(3)报告所述电声换能器布置(7)的状态。8.根据权利要求1至7中任一项所述的超声传感器系统，还包括测量控制设备(9)，所述测量控制设备配置为通过施加电控制信号来激励所述电声换能器布置(7)发射超声波，并且通过随后捕获和评估来自所述电声换能器布置(7)的电检测信号来执行距离测量，其中所述测量控制设备(9)配置为基于由所述测试控制设备(10)捕获的多个特性变量来执行距离测量。9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声传感器系统，其中所述超声传感器(2)包括所述测试控制设备(10)。10.一种机动车辆(11)，具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的超声传感器系统(1)。11.一种用于操作机动车辆(11)的超声传感器系统(1)的方法，所述超声传感器系统包
括超声传感器(2)，所述超声传感器(2)具有用于生成和检测超声波的电声换能器布置(7)、和电测试设备(8)，所述超声传感器系统并且还包括测试控制设备(10)，，其中所述方法包括以下步骤：通过所述测试设备(8)向所述电声换能器布置(7)输出(s1)电测试信号；通过所述测试设备(8)从所述电声换能器布置(7)捕获(s2)电响应信号；以及通过所述测试控制设备(10)在多个测量点(14、15)捕获(s3)所述电响应信号的特性变量，同时改变所述电测试信号的频率和振幅。

技术总结
提出了一种用于机动车辆(11)的超声传感器系统(1)，包括超声传感器(2)和测试控制设备(10)。超声传感器(2)包括用于生成和检测超声波的电声转换器布置(7)、和设计为向电声转换器布置(7)输出电测试信号并且检测电声转换器布置(7)对电测试信号的电响应信号的电测试设备(8)。测试控制设备(10)设计为通过电测试设备(8)通过改变电测试信号的频率和振幅来在多个测量点(14、15)检测电响应信号的特性变量。15)检测电响应信号的特性变量。15)检测电响应信号的特性变量。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：法雷奥开关和传感器有限责任公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2023/8/14