DE3036081A1

DE3036081A1 - Verfahren zur distanzmessung nach dem ultraschall-echoprinzip sowie schaltungsanordnung und geraete insbesondere am kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3036081A1
Application number: DE19803036081
Authority: DE
Inventors: Egon Gelhard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DE3176130D1; ATE26755T1; JPS57501690A; EP0048958B1; US4500977A; WO1982001256A1; EP0048958A1; JPH0324635B2

Description

BESCHREIBUNG

Anwendungsgebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Distanzmessung nach dem Ultraschall-Echoprinzip. Sie gibt ferner eine bevorzugte Schaltungsanordnung sowie Geräte zur Durchführung des Verfahrens am Beispiel Kraftfahrzeug an, wobei es sich sowohl um Personenkraftwagen, Busse, Lastkraftwagen, auch mit Anhänger, Schlepper, Zugmaschinen und motorgetriebene Landwirtschaftsmaschinen handeln kann.

Ferner sind Anwendungsmöglichkeiten bei Flurfördergeräten und Baumaschinen, wie Planierraupen, Ladern und Gradern gegeben und überall dort, wo enge Durchfahrtsverhältnisse vorliegen oder an Begrenzungen genau herangefahren werden muß.

Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Schwertransportfahrzeuge, Kranfahrzeuge, Feuerwehr- und Rettungsfahrzeuge sowie militärische Fahrzeuge, wie Panzer, Panzer-Aufklärer und Pionierfahrzeuge, bei denen vom Fahrer selbst nicht alle Fahrzeugkonturen eingesehen werden können und daher zum "Einweisen" immer ein zweiter Mann notwendig ist.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine betriebssichere, preisgünstige und an den Verwendungszweck vielseitig kombinierbare Anlage zu schaffen, mit deren Hilfe Ahnäherungsabstände an Hindernisse rund um das Kraftfahrzeug zu messen und in digitaler, optischer Form und/oder über akustische Warnsignale dem Fahrzeugführer anzuzeigen oder auch wahl- und fallweise auf Bedienungsorgane des Kraftfahrzeuges, wie etwa Gaspedal, Bremse und Getriebe einwirken zu lassen.

Stand der Technik:

Bei der Distanzmessung nach dem Ultraschall-(US)-Echoprinzip ist es bekannt, mittels eines US-Frequenzgenerators erzeugte US-Signale über einen US-Sender-Erapfänger-Wandler auszusenden, wobei von dem genannten Wandler die Signale nach Reflexion von dem Gegenstand}, zu dem die Distanz zu messen ist, empfangen und einer Aüswerte-Elektronik zur Anzeige, Messung und Einstellung zugeführt werden.

Zum Empfangen und Auswerten der reflektierten Signale sind schon die verschiedensten Einrichtungen bekannt geworden, die in allgemeinen darin bestehen, die empfangenen Impulse zu zählen und in digitaler Form anzuzeigen.

Als Sensoren werden sowohl offene Ultraschall-Wandler als auch geschlossene Ultrsschall-Wandler von namhaften Firmen eingesetzt, die meist in einem Frequenzbereich von 50 KHz bis 600 KHz arbeiten und zum Teil erhebliche Schall-Leistungen, gemessen als Schalldruck in einer bestimmten Entfernung und Reichweiten von zig Metern erreichen.

Es sind vornehmlich piezoelektronische Schallwandler aus keramischen Massen, wie Bleizirconat-Titanat, Bariumtitanst, Bleimetaniobat oder Lithiumniobat, bei denen der meist in Topfform gefaßte Sensor gleichzeitig als Sender und Empfänger dienen kann.

Dies ist auch bei den reinen elektromechanischen Wand*- lern möglich, die vornehmlich als Platten- oder Dickenschwinger, als Stab- oder als Röhrschwinger susgebildet sind".

Seit 1978 bietet die Firma Siemens einen praxisreifen Ultraschall-Wandler (Sensor) für die Echolotung in der Luft an, bei dem es sich um eine Kombination von Piezokeramik mit einem Lamda-Viertel-Resonator aus einem neuartigen robusten Verbundkunststoff mit extrem niedriger akustischer Impedanz und außergewöhnlichen Eigenschaften handelt. Nach Firmenauskunft werden diese Sensoren nicht vertrieben, sondern nur in Firmenprodukte eingesetzt I.

Je nach System und der baulichen und formlichen Ausbildung unterscheiden sich dann diese Sensoren hinsichtlich ihrer spezifischen Eigenschaften, wie etwa der Versorgungsspannung, des Innenwiderstandes, der Leistungsaufnahme, des Frequenzbereiches, des Schalldruckes, des Wirkungsgrades, der Reichweite, des· Winkels der Ausstrahlungs- und Empfangskanäle und auch gegenüber der Beständigkeit des Mediums, in dem sie eingesetzt werden sollen, wie etwa Luft, Gas oder Wasser und der Umwelttemperatur, der sie ausgesetzt sind, nicht zuletzt eich hinsichtlich der Empfindlichkeit gegen Verschmutzung und Beschlagen, zum Beispiel durch Kondensieren der Luftfeuchtigkeit.

Nach dem Stand der Technik werden sie in den Bereichen eingesetzt, wo auch Lichtschranken verwendet werden oder wo "drahtlos" Signale über kürzere Entfernungen übertragen werden sollen, z. B. Steuerung eines Fernsehgerätes mittels Ultraschall-Fernbedienung.

ORiGIMAL INSPECTED

Zum Zwecke der gezielten Entfernungsmessung im Übertragungsmedium Luft sind in neuester Zeit Ultraschall-Entfernungsmeßsysteme in Fotoapparaten bekannt geworden, die nach nur kurzer Einführungszeit schon ein hohes Maß an technischer Präzision erreicht haben.

Kritik des Standes der Technik:

So hochentwickelt diese Sensoren auch sein mögen, für den vorgesehenen Anwendungsfell, rund um das Kraftfahrzeug, zur Echolotung in der Luft zur Dedektion von Anwesenheit, Entfernung und Bewegung von Hindernissen, sind mit Einschränkung nur wenige piezoelektrische Sensoren bedingt verwendbar, weil Verschmutzung durch Staub, Benässung durch Nebel und Regen, starke Temperatur-Unterschiede (Tropensonne Polarkälte), heftige Erschütterungen durch das Fahren selbst oder Abschießen einer Waffe und auch rein mechanische Beschädigung der Membran durch aufgewirbelte Fremdkörper (Straßensplitt, Laub) nicht zu verhindern sind.

Da ferner für den vorgesehenen Einsatzfall auch'Sensoren mit sehr kleiner (schmaler) Sende- und Empfangs*· keule benötigt werden, die Strahlungskeulenwinkel im wesentlichen durch das Verhältnis Wellenlänge zu Mem— brandurchmesser bestimmt wird, ergeben sich theoretisch bei Frequenzen um 35 KHz und Strahlungskeulenwinkel kleiner 10 Grad, Membrandurchmesser in der Größenordnung um 50 - 80 mm.

Es gelingt zwar durch Kombination von piezo-elektrischen und Plattenschwinger-Eigenschaften auch bei Membrandurchmessern von 25 mm Strahlungskeulenwinkel unter 15 Grad zu erreichen, Jedoch scheiden diese Sensoren vorläufig zunächst noch aus Kostengründen aus.

Auch hinsichtlich der Ansteuerung, der Stromversorgung und der Laufzeitmessung bleiben bei den bekannten Systemen viele Wünsche offen.

So haben geschlossene Wandler, die nur in Frage kommen, die Eigenschaft, lange nachzuklingen, wenn sie mit hoher Impulsspannung betrieben werden. Zusätzlich verändert sich diese Nachklingzeit ganz erheblich bei Temperaturveränderungen oder schon bei leichter Verschmutzung der Membran. Das heißt, die Genauigkeit der Laufzeitmessung und demit die Abstandsmessung schlechthin wird ungenau oder das System müßte laufend geeicht werden.

Es sind also im wesentlichen sechs Gründe, die es nicht geraten sein lassen, mit Bausteinen gemäß des" Standes der Technik das System der Ultraschall-Entfernungsmessung rund um das Kraftfahrzeug durchzuführen.

1. Für kleine Strahlungskeulenwinkel ergeben sich große Membrandurchmesser.

2. Kombinierte Sensor-Systeme sind empfindlich und teuer.

3. In Meßrichtung angeordnete Membranen der Wandler sind Verschmutzung und Beschädigungen ausgesetzt.

4. Eine Berechnung der Hinderniss-Entfernung aus der Messung der Zeit zwischen Abgang-Sendeimpuls bis Ankunft des Echosignales ist zu ungenau, da Ab- und Nachklingzeiten und Ansprechempfindlichkeit für das Echosignal von der Temperatur und Verschmutzungsgrad abhängig sind.

5. Bei den zur Zeit bekannten und realisierten Systemen ist eine Mindestlaufzeit, die etwe der Laufzeit der vierfachen Störpegelbreite entspricht, notwendig, um exakte, sichere Messungen durchzuführen. Das heißt, eine Entfernungsmessung "Abstand fast Null" ist nicht möglich.

INSPECTED

6. Der Schaltungsaufwand für Laufzeitermittlung ist groß und zudem kostenträchtig.

Aufgabe:: Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren, eine Schaltungsanordnung und robuste, betriebssichere Geräte zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, wodurch nicht nur mit einem geringeren Schaltungsaufwand, sondern auch mit der Verwendung preiswert erhältlicher integrierter Schaltungselemente ein kleines und leistungsfähiges; System geschaffen werden kann, das insbesondere an Fahrzeugen zur Feststellung des Abstendes des Fahrzeuges von einem festen oder beweglichen Gegenstand eingesetzt werden kenn, wobei sich ein oder mehrere Hindernisse rund um das Fahrzeug befinden können, wenn Wandler mit entsprechenden Erfassungsbereichen an den entsprechenden Stellen am Fahrzeug montiert sind und den ermittelten Abstand in digitaler, optischer oder akustischer Weise dem Fahrzeugführer zur Anzeige bringen und/oder auf die Bedienungsorgane des Fahrzeuges einwirken zu lassen oder sie durch Bedienorgane, zum Beispiel Einlegen des Rückwärtsganges, erst einzuschalten.

Ferner soll es möglich sein, mehrere Sensoren von einer Zentraleinheit anzusteuern, deren Meßwerte auszuwerten und zum Beispiel auf einer einzigen ^Digitalanzeige anzuzeigen, wobei es ferner erwünscht ist, zum Beispiel das Auslösen des akustischen Notsignals von der Entfernung abhängig einzustellen oder manuell wahlweise auf einen '"Weit-" und einen "Nahbereich" umzuschalten.

Aus Herstellgründen sollen letztlich die Sensoren durch Einstellmöglichkeiten der Steuerelektronik und durch ihren mechanischen Aufbau geeignet sein, an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeuges angebracht zu werden und an die Jeweiligen Einbauverhältnisse angepaßt, Größe und Lage der Sende- und Empfangskeule optimal einzustellen.

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Lösung der Aufgabe:

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind neue Wege sowohl auf dem schaltungstechnischen, dem auswertetechnischen als auch auf dem Sensor-Bereich beschritten worden.

Schaltunfzjstechnischer und auswertungstechnischer Bereich

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Distanzmessung nach dem Ultraschall-(US)-Echoprinzip vorgeschlagen, bei welchem mittels eines US-Frequenzgenerators erzeugte US-Signale über einen US-Sender-Empfänger-tfandler ausgestrahlt, von dem genannten Wandler nach Reflexion von dem Gegenstand, zu dem die Distanz zu messen ist, empfangen und einer Auswerte-Elektronik zur Anzeige, Messung und Einstellung zugeführt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das reflektierte US-Echosignal der Auswerte-Elektronik nur während einstellbarer Torzeiten zugeführt wird, wobei der Jeweilige Beginn der Torzeit jeweils von dem em Ende des in dem Empfangskanal erscheinenden direkten Sende-Signals abgeleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet elso nicht mit Zählen von Impulsen, sondern nur durch öffnen einer einstellbaren Torzeit. Ist ein Echo innerhalb dieser Torzeit, so erfolgt eine vorzugsweise akustische Anzeige.

Dabei wird der Beginn der Torzeit Jeweils vom Empfangssignal abgeleitet, d.h. die Torzeit beginnt jeweils automatisch am Ende des im Empfangskanal erscheinenden direkten Sendesignals. Erst jedes danach erscheinende Echosignal wird dann,ausgewertet.

ORIGINAL INSPECTED

Dadurch kann ein verlängertes Abklingen des Sendesignals, beispielsweise durch Verschmutzung des Wandlers, keine Verschiebung des direkten Sendesignals in die Torzeit hinein verursachen. Ohne diese automatische Verschiebung der Torzeit könnte es bei Temperaturänderungen und/oder Verschmutzung des Wandlers zu unerwünschten Anzeigen kommen.

Außerdem haben geschlossene Wandler, wenn sie mit hoher Impulsspannung betrieben werden, die Eigenschaft, lange nachzuklingen. Dieses Nachklingen ist außerdem nicht immer konstant, d.h. die einzelnen Wandler weisen ein verschiedenes An- und Abschwingverhalten auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch diese Nachteile berücksichtigt werden, da ja die Torzeit erst dann beginnt, wenn das direkt empfangene Sendesignal abgeklungen ist.

Lösung für die Sensorausbildunp;, den An- und Einbau

Durch die gegebene Anforderung, erstens weiter entfernter Hindernisse, etwa im Bereich zwischen 2 und 5 Metern, großräumig zu erfassen, wie etwa die Parklücke, die Brücken-Durchfahrtshöhe, den Lampenmast mitten im Hof und zweitens an Hindernisse bis auf den Abstand "Null" oder einen vorwählbaren Abstand "X"' so genau wie möglich heranfahren zu können, wie etwa beim Zurückstoßen der Zugmaschine zum Einhängen der Hängerdeichsel oder zum genauen Rückwärts-Anfehren einer Laderampe, sind generell drei Arten von Sensoren erforderlich:

Erstens: Sensoren mit großem öffnungswinkel und Meßbereich von ca. 0,3 bis 5 m (Parkmaster)

Zweitens: Sensoren mit kleinem öffnungswinkel und Meßbereich von 0,3 bis 5 m (Durchfahrts-Höhenmesser)

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Drittens: Sensoren mit mittlerem öffnungswinkel und Meßbereich von O bis ca. 2m (Abstandsmesser) , d.h. Sensoren mit "innerem Strahl-■ weg" von ca. 500 m, was ein- oder mehrmalige Umlenkungen erforderlich macht.

Die zur Anwendung kommenden Sensortypen unterscheiden sich denncph im Meßbereich (Entfernung) und in der Größe der Sende- und Empfangskeule (öffnungswinkel)·

Beim Entfernungsbereich ab ca. 0,3 m und größer erfolgt die Verschiebung der Ansprechzone, d.h. des Be*. reiches, in dem ein Hindernis erfaßt und gemeldet wird, nur rein elektronisch durch Verschiebung der Torzeit. Hindernisse, die vor oder hinter der, der Torzeit äquivalenten Entfernung liegen, werden nicht erfaßt, so daß eine Selektierung der Hindernisse möglich wird, indem die Torzeit verschoben wird.

Für den Entfernungs-Meßbereich ab praktisch "null" Meter werden Sensoren eingesetzt, die nach dem Prinzip der Hartschall-Umlenkung im Sensorgehäuse selbst den Schallstrahl an zwei Spiegelflächen umlenken mit dem Zweck, deß der Schallstrahl vor dem Verlassen des Sensorgehäuses bereits einen Schallweg von ca. 0,5 m zurückgelegt hat, was etwa einer Laufzeit und Echozeit von 30 Millisekunden entspricht, so daß bei der immer vorhandenen Störpegelbreite eine zeitlich erfaßbare Spanne zwischen dem Abklingen des Sendeimpulses und dem Eintreffen des Echosignales vorhanden ist, und zwar auch dann, wenn sich das Hindernis unmittelbar vor dem Austrittsfenster des Sensors befindet.

Je nech den Platzverhältnissen, wo dieser Sensor am Kraftfahrzeug montiert werden soll, etwa vorn mittig vor dem Kühlergrill, hinten rechts und/oder links unter der Ladepritsche, am Arbeitsgerät der Baumaschine oder des landwirtschaftlichen Gerätes, werden verschiedene Sensorgehäuse mit zweimaliger Spiegelung

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ORiQiNAL INSPECTED

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mit und ohne Schallstrahlteilung eingesetzt, so daß euch Sensorbauarten mit zwei Austritts- und Eintrittsfenster, aber nur einem Wendler eingesetzt werden können.

Die Reflektionsflächen können aus dem gleichen Kunststoff bestehen, aus dem die Sensorgehäuse zweckmäßigerweise hergestellt werden, vorausgesetzt, die Oberfläche läßt sich blank und mit einer Mindesthärte von 60 Shore herstellen. Im anderen Falle können metallische oder/ und auch oberflächenveredelte "Spiegel" eingesetzt werden, wobei sowohl Planspiegel (Spiegelflächen), Zylinderspiegel, Prismenspiegel, sphärische Konvex- oder ,Sphärische Konkav-Spiegel verwendbar sind, Je nach den Platzverhältnissen an der Einbaustelle und dem notwendigen öffnungswinkel des austretenden und am Hindernis reflektierten Schall-Strahl-Bündels.

Bei. der Optimierung der Spiegel und/oder Spiegelflächen in Form, Größe und Lage muß immer die Forderung erfüllt werden, daß der Weg aller vom Wandler ausgehenden Ultraschall-Strahlen bis zu einem bestimmten Hindernis und zurück gleich lang ist. Diese Grundbedingung für hohe Meßgenauigkeit ist einleuchtend, ihre Verwirklichung stößt in Verbindung mit einem vorgegebenen öffnungswinkel der Sende- und Empfangskeule des Wandlers und der notwendigen öffnungs- und Empfangswinkel an den Aus- und Eintrittsfenstern des Sensorgehäuses selbst auf Schwierigkeiten, die zum Teil nur mit Hilfe von elektronischen Rechenanlagen durch schrittweise Optimierung gelöst werden können. Diese Optimierung hat zu Systemen mit Strahlteilung und zweifacher Umlenkung an Konkav-Spiegeln (Spiegelflächen) geführt, die sich versetzt gegenüber liegen, so daß ein Strahlengang in "Z-Form" erzeugt wird, ähnlich dem Strahlengang des Lichtes in einem Prismen-Fernglas.

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Die Forderung nech möglichst geschützter Anordnung des Wandlers im Sensorgehäuse, auch für Sensoren mit einem großen öffnungswinkel und einem Meßbereich ab einer Entfernung von ca. 0,5 m hat durch eine Optimierung zu einem Sensor geführt, der mit einer einmaligen Reflection des Ultraschall-Strahles an einer hohl- oder parabolspiegelähnlichen Umlenkfläche vom System und dem Strahlengang her einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ohne Scheinwerferglas gleicht, wobei an der Stelle der Glühbirne Jetzt der eigentliche Wandler, vorzugsweise ein TopfWandler sitzt, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied zum Scheinwerfer, nicht im oder nahe am Brennpunkt des Systems, sondern von diesem aus einstellbar mitten-achsen-versetzt und zusätzlich um Horizontal- und Vertikalachsen schwenk- und kippbar angeordnet ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der energiereiche Kern der Sendekeule nach der Reflektion am Hohl- oder Parabolspiegel nicht wider den Wandler trifft und die Haupt-Sende- und Empfangsrichtung durch Drehung und Kippung des Wandlers verändert werden kann.

Darüber hinaus ist das Sensorgehäuse mit einer Führungsbahn (z.B. T-Profil oder Schwalbenschwanz) versehen, die im Sensorhalter ihr Ergänzungsteil findet, so daß des Sensorgehäuse selbst nochmals um eine horizontale Achse auf eine bestimmte Empfangsrichtung eingestellt und festgeklemmt werden kann.

Der optimalen Anpassung der ausgestrahlten und reflektierten Ultraschall-Strahlkeule kommt eine wesentliche Bedeutung zu, müssen doch in Jedem Falle Fahrbahn- und Bodenreflexionen öder Reflexionen 8n fahrzeugeigenen Bauteilen, wie überstehende Aufbauten tisw. tunlichst vermieden werden.

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Die Lösung dieser Anpaßeufgabe mit fabrikationsmäßig vorgegebenem, meist zu großem Keulen-Öffnungswinkel der Wandler erfolgt je nach Einsatz der Sensoren durch wahlweise drei verschiedene Maßnahmen.

Lösung a: Unmittelbar auf die Membran des vornehmlichen Topfwandlers wird eine Blende aus schallschlukkendem Weichgummi, das auf einem Trägerscheibchen (Metall, Kunststoff) aufgebracht ist, aufgesetzt, wobei dann das in die Blende eingearbeitete Fenster, Form und öffnungswinkel der Sende- und Empfangskeule bestimmen.

Die Lösung eignet sich nur für Einfachst-Ausführungen, da die Wirkungsfläche des Wandlers beschnitten wird, wodurch die erzielbare Meßweite und die Empfangsempfindlichkeit merklich verschlechtert werden.

Für den direkt, ohne Umlenkung an eine Reflektionsebene arbeitenden Wandler mit breiter Sende- und Empfangskeule werden die meistens nur in Fahrbahn- und Bodenrichtung störenden Ausbreitungszonen der Sendekeule durch eine am Wandlergehäuse-Umfang vorgezogene Lippe nach schräg oben abgelenkt, wobei durch entsprechende Form der Lippe diese Beschneidung der Ausbreitungszonen an den Jeweiligen Anbringungsort angepaßt werden können.

Bliv ßensoran Γύν die Oux'uhjiäUxObhöaentneßßuiae,, 1>öi denen der Wandler in einem zylindrischen Gehäuse mit aufgesetztem kegelförmigen Trichter eingebaut ist, läßt sich durch Wahl der Querschnittsveränderung der trichterförmigen Teile zum Beispiel von rund über oval zum Rechteck-Querschnitt und dem generell im Bereich zwischen 3 und 10 Altgrad zu haltenden Kegelwinkel auch bei preisgünstigen Piezo-Wandlern mit breiterer Ausbreitungskeule eine Bündelung der austretenden Ultraschall-Keule erzeugen, da durch den kleinen Kegelwinkel, bezogen auf die Kegellänge nur ein oder zwei Reflektionen im Trichter selbst auftreten können.

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Für Sensoren, bei denen der Schallstrahl ähnlich wie der Lichtstrahl in einem Scheinwerfer geführt werden, läßt sich die Beschneidung der Schallausbreitungszone, wie beschrieben, durch eine aufgesetzte Blende erzielen, oder aber ohne Beeinträchtigung der Empfangsempfindlichkeit, analog zur Lippe dadurch, daß die meist nur viertelkugelschalenförmige Reflektionsfläche so beschnitten und/oder erweitert wird, daß zum Beispiel ein auf den Boden gerichteter Bereich der Sendekeule nech schräg oben abgelenkt wird.

Die Lösung für das Gesarat-System, bestehend aus Energie- und Steuerteil (Elektronik), angebauten Sensoren (Wandler), Bedienteil mit eingebauter digitaler und optischer und zusätzlicher akustischer Anzeige sowie den Fahrzustandsgebern am Getriebe des Kraftfahrzeuges, sieht für einen optimal ausgerüsteten LKW wie folgt aus:

Das im Fahrerhaus einzubauende und an die Fahrzeugbatterie anzuschließende Energie- und Steuerteil ist mit einem Kabelsatz mit dem am Armaturenbrett montierten Bedienteil verbunden.

Die zwei Sensoren auf der vorderen Stoßstange (Parkmaster), der am Rückspiegelarm angebaute, schräg nach oben gerichtete trichterförmige Sensor für die Durchfahrts-Höhenmessung und die hinten rechts und links unter der Ladefläche des Kastenaufbaues montierten An— näherungs-Meßsensoren sind ebenfalls durch elektrische, zweiadrige abgeschirmte Leitungen mit der Energie- und Steuereinheit verbunden.

Bei Sattelzügen oder beim Anbau der Abstands-Meßsensoren am Anhänger ergeben sich lange Verbindungsleitungen, so daß in die Wandlergehäuse spezielle Endstufen mit Ultraschall-Generatoren, Bandpass-Verstärker und Gleichrichter eingebaut sind.

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Am Schaltgetriebe oder dem Wählhebel zum Automatik-Getriebe ist ein Geber für die Stellung 1. Gang und Rückwärtsgang montiert, wobei das Signal "Rückwärtsgang ein" auch am Rückfahrscheinwerfer abgenommen werden kann. Dieser Geber ist ebenfalls mit der Steuer-Elektronik kabelmäßig verbunden.

Das Einschalten des Systems erfolgt, mit dem Zündschloß in Reihe geschaltet, über einen Schalter am Bedienteil. Die Bereitschaft wird durch eine grüne Lampe engezeigt.

Mit einem Wählschalter an der Bedientafel können die drei Meßsysteme, Parkmaster vorn, Durchfahrtshöhen-Meßgerät oder die rückwärtigen Annäherungs-Meßsensoren einzeln ein- oder ausgeschaltet werden.

In der Stellung "Automatik" wird der Parkmaster im Fährbetrieb 1. Gang und die Annäherungs-Meßsensoren bei Einlegen des Rückwärtsganges automatisch zu- und) abgeschaltet und die Betriebsbereitschaft en einer weiteren Signallampe angezeigt. ^

Pur die drei Betriebszustände Parkmaster, Durchfahrtshöhe und Rückwärts-Annäherung sind Grundwerte an vier dreistelligen Dekaden-Wählschaltern einstellbar, und zwar für Parkmaster die generelle Ansprechentfernung für die Annäherungs-Sensoren: Ansprechentfernung "Weit¹" und Ansprechentfernung "nah" und für das Durchfahrtshöhen-Meßsystem die effektive Beladungshöhe des Fahrzeuges über der Fahrbahn in Abhängigkeit von der Beladung, Belastung und gegebenenfalls des Reifendrucks.

Wird in einem der vier Betriebszustände der jeweils zugehörige eingestellte Wert erreicht, so erfolgt die Auslösung des optischen Warnsignales "große rote Lampe" und bei weiterer Unterschreitung des eingestellten Wertes das akustische Warnsignal und die Auslösung des Luftdruck-Bremssystems.

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In Stellung "Aus" werden alle optischen, akustischen Warnsignale gelöscht und das Bremssystem wieder freigegeben.

Im Hinblick auf das Gerät können noch folgende besondere Ausgestaltungen des Wandlers der akustischen Anzeige und der einfachen Entfernungseinstellung vorgenommen werden.

So ist eine Verbesserung der Abschw.ingeigenscnaften des Wandlers bei der oben bezeichneten Schaltungsanordnung durch eine besondere zusätzliche induktive Beschaltung erreicht.

Durch die besondere Ausbildung des geschlossenen US-Wandlers als Sender und gleichzeitig als Empfänger kann im elektrischen und mechanischen Schwingverhalten erreicht werden, daß eine besonders günstige physi·* kalisch/akustische Eigenschaft, nämlich ein Abstrahlwinkel von ca. 2 χ 80°, erzielt wird.

Es kann selbstverständlich ein digitaler Start-Stop-Frequenzzähler mit optischer Anzeige zur zentimetergenauen Entfernungsanzeige des sich im Meßbereich befindlichen Objektes vorgesehen sein.

Die akustische Anzeige kann durch ein permanentes Dauersignal erfolgen, so lange sich ein Objekt in dem eingestellten Bereich bzw. innerhalb der Torzeit befindet, während die optische Anzeige durch den zusätzlich anzuschließenden Zähler laufend die tatsächliche Entfernung, unabhängig von der eingestellten Torzeit, eingibt.

Eine einfache Entfernungseinstellung kann durch Verändern der Torzeit in zwei Stufen, welche unabhängig voneinander durch ein Potentiometer verstellbar sind, vorgenommen, werden. Die erste Stufe für den großen Abstand ist nach Einschaltung des Gerätes durch Einlegung des Rückwärtsganges eingeschaltet und ist ein-

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stellbar von etwa 0,5 -2m. Die zweite Stufe ist nur nach Tastendruck eingeschaltet und kann etwa von 0,3 1 m eingestellt werden. Nach Aus- und Wiedereinschalten des Gerätes ist immer die Stufe 1 eingeschaltet, damit keine Bedienungsfehler erfolgen können. Das Gerät kann mit dem Wandler sehr einfach durch Anschließen an die Rückfahrleuchte angeschlossen werden.

Die Abgabe eines kurzen akustischen Quittiersignals beim Einschalten des Gerätes mit optischer Anzeige kann beispielsweise durch eine grüne LED, welche für die Schaltstufe 1 gilt, erfolgen. Hierdurch ergibt sich auch gleichzeitig eine !Funktionskontrolle. Wenn der Tastendruck "kurze Entfernung" (Schaltstufe 2) geschaltet wird, kann eine zusätzliche rote LED vorgesehen sein. Hierdurch ist am Bedien-/Kontrollteil immer die jeweils eingestellte Schaltstufe (Entfernung) ablesbar.

Der Anschluß mehrerer Sensoren an ein Zentralgerät kann in Modultechnik vorgesehen sein, damit die Erfassungsbreite vergrößert werden kann, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, LKW's, Anhängern, Caravans etc. Sind mehrere Sensoren angeschlossen, so ist für die akustische Signalgebung immer die jeweils kürzeste Distanz maßgebend.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung

Wie im Abschnitt über die Anwendungsgebiete bereits ausgeführt, läßt sich der Erfindungsgegenstand auf Fahrzeuge aller Art übertragen und übereil da anwenden, wo Annäherung von Fahrzeugen, Fahrzeugaufbauten, Geräten von Fahrzeugen an der direkten Sicht entzogene Hindernisse erwünscht oder unerwünscht sind·

So bietet zum Beispiel das Annäherungs-Meßsystem dem Fahrer eines LKW beim Ankuppeln eines abgestellten Anhängers, dem er sich in Rückwärtsfahrt genau auf "Deichsel-Länge" nähern soll, ein außerordentlich wertvolles Hilfsmittel.

Bei modernen Großraum-LKW-Zügen mit geringem Abstand von Zugmaschinen- und Anhängereufbau kann es bei größeren Bodenunebenheiten und enger Kurvenfahrt zu folgeschweren Beschädigungen der Aufbauten kommen. Ein zwischen Fahrzeug- und Hängeraufbau messendes Annäherungs-System kann hier vorzeitig warnen.

Beim Beladen von Großraum-Containern ist das zentimetergenaue Positionieren und Absetzen notwendig, auch hier kann der Erfindungsgegenstand unerläßlich sein.

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Erzielbare Vorteile:

1. Durch die Anordnung des Erfindungsgegenstandes am LKW und Bus können die beim "blinden" Rückwärtsfahren allzuhäufig vorkommenden schweren Personen- und Sachschäden völlig vermieden werden.

2. Das Durchfahrtshöhen-Meßsystem stellt einen wirksamen Schutz für Fahrzeug und Brücke dar und kann helfen, folgenschwere Brückeneinstürze durch Ladegut-Berührungen zu vermindern»

3. Der Parkmaster ist ein unentbehrliches Orientierungs-Instrument für alle Kraftfahrzeuge, vor allem bei der heutigen innerstädtischen Parkplatz-Situation.

4. Die Hilfe beim genauen Rückwärts-Anfehren von Laderampen und/oder abgestellten Hängerfahrzeugen verkürzt die Rangierzeiten und erhöht damit den Nutzgrad der Fahrzeuge.

5. Das elektronische System, das nicht die heute übliche Laufzeitmessung anwendet, sondern mit einer frei wählbaren Torzeit arbeitet, ist einfach im Aufbau, betriebssicher, universell und billig in der Herstellung.

6. Die beschriebene Sensorbauweise mit einmaliger Schallumlenkung an einem Hohl- oder Parabolspiegel-Segment läßt erstmalig die Anwendung eines piezoelektrischen Topfwandlers als Entfernungs- und Annäherungs-Sensor am Kraftfahrzeug zu.

7. Die Sensoren mit zweimaliger Schallumlenkung innerhalb des Sensorgehäuses bieten erstmalig die Möglichkeit, eine Annäherungsentfernung "Null" mittels Ultraschall zu messen.

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8. An der zentralen Energie- und Steuereinheit lassen sich wahlweise ein oder mehrere Sensoren für die unterschiedlichsten Aufgaben anschließen.

9. Die Möglichkeit der Veränderung der einstellbaren Grundwerte am Bedienteil erlauben die Anpassung des Systems an unterschiedliche Beladungsfälle und Verkehrssituationen.

10. Die Einengung des Sende- und Empfangs-Keulen-Winkels an piezo-elektrischen Töpfwandlern durch Aufsetzen einer schallschluckenden Blende mit anpassungsfähigem Blendenfenster stellt eine einfache, wirkungsvolle Maßnahme dar, preisgünstige Wandler mit breitem Keulenwinkel auch für Anwendungen einzusetzen, die eine enge Bündelung der Sende- und Empfangskeule voraussetzen.

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Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In den Zeichnungen 1 bis 5 sind bevorzugte Anbau- und Schaltungsanordnungen und Geräte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 Genereller Einbau der Gerä£e am Beispiel LKW (schematisch).

Fig. 2 Ein Blockschema einer Schaltungsanordnung für ein Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 Ein Blockschema einer Schaltungsanordnung für mehrere Sensoren.

Fig. 4 Eine detaillierte Schaltungsanordnung des Prinzip-Schaltbildes von Fig. 2.

Fig. 5 Eine detaillierte Schaltungsanordnung eines ergänzenden Ansteck-Moduls gemäß Fig. M-.

In den Zeichnungen 6 bis 10 ist die Anordnung der Geräte, die zur vielseitigen Anwendung des Verfahrens auf das Kraftfahrzeug möglich sein, an einem Kraftfahrzeug dargestellt, und fünf unterschiedliche Sende- und Empfangs-Geräte in ihrer, dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechenden konstruktiven und baulichen Ausführungsform aufgezeigt.

In diesen Zeichnungen zeigt:

Fig. 6 a Einen Vertikalschnitt durch'einen Sensor, wie er vornehmlich zur Parklückenmessung eingesetzt wird.

Fig. 6 b Eine Draufsicht des Gerätes der Fig. 6 a.

Fig. 6 c Die Abwicklung der Abschirmung des Geräte» der Fig. 6 a.

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Fig. 7 Einen Vertikalschnitt; durch ein trichterförmiges Ultraschall-Sende- und Empfangsgerät ohne Schallumlenkung, wie es vornehmlich zur Durchfahrts-Höhenmessung eingesetzt wird.

Pig. 8 a Einen Vertikalschnitt durch ein Hohlspiegel-Ultraschall-Sende- und Empfangsgerät mit einmaliger Schaltumlenkung, wie es vornehmlich zur weiträumigen Hindernis-Erfassung eingesetzt wird.

Pig. 8 b Eine Stirnansicht des in Pig. 8 a gezeigten Gerätes.

Pig. 9 a Einen Horizontalschnitt durch ein kastenförmiges Ultraschall-Sende- und Empfengs-Gerät mit zweimaliger Schalluralenkung, wie es vornehmlich zur Annäherungsmessung bis auf wenige Millimeter eingesetzt wird.

Pig. 9 b Eine Stirnansicht des in Pig. 9 β gezeigten Gerätes.

Pig, 9 c Einen Vertikal-Mittenschnitt des in Pig. 9 a gezeigten Gerätes.

Fig. 10 a Einen Horizontalschmitt durch ein flaches, langgestrecktes Ultraschall-Sende- und Empfangsgerät mit zweimaliger Schallumlenkung zur Annäherungsmessung bis auf wenige Millimeter für beengte Einbauverhältnisse.

Pig. 10 b Eine Ansicht des in Pig. 10 a gezeigten Gerätes.

Pig. 11 Querschnitt durch eine auf den Ultraschall-Wandler aufgesetzte Blende.

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Wie sich aus· Figur 1 ergibt, könnten beispielsweise an einen LKW die Zentraleinheit 26, die Digitalanzeige mit Bedienelementen 27 und ein Schaltstellungsadapter Fahrzeuggetriebe 28 im Fahrerhaus angeordnet, an die Fahrzeugbatterie 29 angeschlossen werden.

Als optimale Ausstattung sind insgesamt sieben US-Sender- Empfänger-Einheiten am LKW montiert (nachfolgend Sensoren genannt). Und zwar sind 30a und 30b zwei auf den vorderen Stoßstangen-Enden montierte Breitstrahl-Sensoren mit direkt beaufschlagten Sensoren-Membranen und einem Abstrahlwinkel von etwa 150 Grad, in der Horizontalen und etwa -5 bis + 80· Grad in der Vertikalen und einem Ansprechbereich von ca. 5 m bis 30 cm, so daß ein Einfahren in enge Toreinfahrten und/ oder an Hindernisse (Masten) selir erleichtert wird (Sensoren nach Fig. 6).

Mittig auf der Stoßstange, am Kühlergitter oder der Fronthaube ist ein Sensor 31 (gemäß Fig. 9) mit zweifacher Umlenkung montiert, der bedingt durch seine innere Schallweglänge von ca. 500 mm eine Annäherung bis ca. 1 cm erfassen und en der Digitalanzeige zur Anzeige bringen kann.

Am Haltearm des linksseitigen AUßenrückspiegels ist [€■ der Durchfahrtshöhen-Meßsensor 32 angebaut, der mit ^^- einer engen Bündelung von unter 10 Grad um eine horizontale Achse, rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse so geneigt montiert ist, daß er wahlweise Hindernis-Abstände kurz vor dem Fahrzeug oder genau unter dem Fahrzeug messen kann. Vom Meßergebnis wird dann in der zentralen Steuereinheit die einstellbare, vorgegebene Fahrzeughöhe in Abzug gebracht und die Differenz, falls positiv, als Durchfahrtshöhen-Reserve digital zur Anzeige gebracht oder, falls negativ, zur Ansteuerung der akustischen und/oder optischen Warneinrichtung verwendet, wobei die fehlende Durchfahrtshöhe ebenfalls auf der Digitalanzeige sichtbar wird.

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U U U I

Besonders hilfreich, ist der Einsatz des Systems beim Rückwärtsfahren und beim Anfahren an eine Laderampe 33·

Rückseitig, mittig unter der Ladefläche der Pritsche oder des Kastenaufbaues ist ein Breitstrahl-Hohlspiegel-Sensor 34 mit einmaliger Schallweg-Umlenkung angebracht, der mit seinem großen Abstrahl- und Empfangswinkel von 150 Grad in der Horizontalen und -5 bis + 80 Grad in der Vertikalen Hindernisse im Meßbereich zwischen 5 und 0,5 Metern erfaßt und gegebenenfalls zur digitalen Anzeige bringt (Sensor nach Fig. 8).

Für eine Annäherung der Ladefläche an die Rampe bis auf wenige Zentimeter sind ebenfalls unter dem Pritschenboden oder der Ladefläche des Kastenaufbeues links- und rechtsseitig zwei Nah-Meß-Sensoren 35 a und 35 t> eingebaut, die mit einem inneren Schallweg von ca. mm und eng gebündeltem Erfassungswinkel Entfernungen (Annäherungen) bis herunter auf 1 cm erfassen und zur Anzeige bringen können (Sensor nach Fig. 10).

ORIGINAL INSPECTED

Wie sich aus Fig. 2, dem Blockschaltbild für den prinzipiellen Aufbau des Systemes, ergibt, wird mit einer Wiederholzeit von 6OmS und einer Sendezeit von "ImS ein USi-Generator gesteuert, der mit einer Endstufe und mit einem US-Sender-Empfänger-Wandler W verbunden ist. Die genannte Endstufe steht über einen Bandpaß-Verstärker und einen Gleichrichter mit einem Komperator in Verbindung, dessen Ausgänge mit Schaltungsanordnungen für den Meßbeginn und das Meßende sowie die Störunterdrückung verbunden sind.

Beide Schaltungsanordnungen führen zu einem Vergleicher und einem Impulsverlängerer, dessen Ausgang mit der akustischen Anzeige in Verbindung steht. An die Schaltungsanordnung für das Meßende kann Tioch eine Fernbedienung angeschlossen werden.

Mit der gleichen Wiederhol- und Sendezeit wird ein zweiter US-Generator angesteuert, der zu einem Ansteck-Modul führt, das in gleicher Weise aufgebaut ist und ebenfalls mit dem Komperator verbunden ist.

JUdUUU I

31 ί'\ '.-■.:'■'■: ".

Wie sich aus Fig. 3» dem Blockschaltbild für ein erweitertes. System, ergibt, besteht die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung im wesentlichen aus einem Start-Stop-Zähler 1, dessen Stopeingang über einen Empfänger.2 mit einer Trennstufe 3 in Verbindung steht. Ah den Eingang der Trennstufe ist der US-Sender-Empfänger-Wandler 4- geschaltet»

Die Trennstufe ist ferner über eine Frequenzteiler-Gatterenordnung mit dem H.P.-Generator, der etwa 34-kHz abgibt, verbunden.

Die Frequenzteiler-Gatteranordnung besteht aus einem ersten Teiler :2, einem zweiten Teiler :16. einem dritten Teiler :64 und einem vierten Teiler :8. Der Ausgang des H.P.-Generators 5 steht einerseits mit· einem ersten Gatter 6 und der ersten Frequenzteilstufe :2 in Verbindung.

Der Ausgang eines zweiten NANJD-Gatters 7 ist mit dem zweiten Eingang des NAND-Gatters 6 verbunden und gibt gleichzeitig den Startimpuls ab, der am Starteingang des Zählers 1 liegt. Die beiden Eingänge des NAND-Gatters 7 liegen an den Ausgängen des zweiten Teilers :16 und des dritten Teilers :64. Der Ausgang des vierten Teilers :8 sowie der Ausgang des ersten Teilers :2 sind an die beiden Eingänge eines dritten NAND-Gatters 8 geschaltet, dessen Ausgang mit dem Takteingang des Zählers 1 verbunden ist. Am^ Zähler 1 ist ferner eine Schalteranordnung 9 zur Festlegung der Anbringungshöhe der Sonde vorgesehen« Der Zähler steht über einen Decoder 10 mit einer Digitalanzeigevorrichtung 11 in Verbindung. Ferner kann der Zähler 1 über einen Schalter SJl mit einem zweiten Decoder 12 verbunden werden, an dem ein Schalter 13 für die Vorwahl der Mindesthöhe angeordnet ist« Der Decoder 12 ist mit einem Treiber 14 und einem akustischen Anzeigegerät verbunden.

- 26 ORIGINAL

Der Ausgang des Treibers 14 steht mit einem Speicher 16 in Verbindung, der eine Löschtaste S aufweist.. Eine optische Anzeige 1? zeigt den Zustand des Speichers 16 an.

Der Decoder 12 ist ferner mit einem weiteren Decoder 18 verbunden, der eine Schalteranordnung 19 zur Einstellung der Höhendifferenz besitzt. Der Decoder 18 ist mit einem weiteren Treiber 20 verbunden, der an zwei Anzeigelampen 21 und 22 geschaltet ist.

An die Leitung für den Start des Zählers 1 sind über eine Synchronleitung 23 zwei US-Dlstanzmeßgeräte 24 und 25 geschaltet, wie sie in den Erläuterungen zu Fig. 2 bis 3 beschrieben sind und mit denen beispielsweise ein genaues und sicheres Einparken des Fahrzeuges möglich ist. Diese Distanz-Meßgeräte können beispielsweise durch die Gangschaltung eingeschaltet werden und können ferner eine Schalteinrichtung S3 aufweisen, mit der sie auf einen kurzen und auf einen weiten Abstand, einstellbar sind.

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Wie sich aus Fig* 4, die ein generelles Schaltbild des Systemes darstellt, ergibt, erzeugt ein aus zwei Gattern des ΙΟ-Ί gebildeten astabileji Multivibrators mit ungleichem Puls-Pausenverhältnis 1mS-Impulse mit 6OmS Pausendauer. Diese Impulse steuern einen ähnlich auf gebauten, zwelteix-astabilön Multivibrator, der auf ■"*"■■■■ ' der Frequenz des Wandlers W arbeitet, so daß am Aus

gang desselben alle 6OmS ein 1mS langes Signal mit der Wandlerfrequenz entsteht. Die genaue Wandlerfrequenz kann mit P2 eingestellt werden.

Am Ausgang des ersten Multivibrators kann ein Trigger- - impuls zur externen Synchronisation, beispielsweise

des zweiten Ansteckmodule, abgenommen werden«

Das H.P.-Signal wird verstärkt und auf 120 V^ss hochtransformiert und über den Wandler W abgestrahlt. Der Trafo TR1 ist ein Breitbandübertrager und der Trafo TR2 wird auf die Wandlerfrequenz abgestimmt.

Über R6, 02 werden alle von dem gleichen Wandler empfangenen Echosignale auf den selektiven Eingangskreis des übersteuerungsfesten H.F.-Verstärker 10-5 geleitet. ^:>i Die Begrenzerdioden D2-D3 verhindern eine zu hohe Ein

gangsspannung am Verstärker.

, ■"" Nach' Gleichrichtung und Siebung werden die Echosignale

im Komparator 10-4 zu Jtechtecksignalen konstanter Amplitude aufgearbeitet und dem Siebglied R20-018 zugeführt.

Die Schwelle des Koraperators wird von der Arbeitspunktstabilisierung des H.F.-Verstärkers abgeleitet.

Nach Unterdrückung zu schmaler Impulse im Siebglied gelangen die Echosignale zum .Vergleicher (erstes Gatter von 10-3)· Dieser liefert immer dann ein negatives Auslösesignal zum Anzeigeteil, wenn ein Echo in das Meßfenster fällt.

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ORIGINAL INSPECTED

Dieses Meßfenster wird von einem Monoflop (IC-2) erzeugt, dessen Zeit mit P1 von 0,1 - i^mS eingestellt werden kann. Diese Zeit stellt das Ende des Fensters dar und ist gleichzeitig die Entfernungseinstellung.

Der Anfang des Fensters wird durch das R-S-Flip-Flop vorgegeben (linkes Gatter von IC-2). Dieses kippt immer dann um, wenn das Wendesignal am Wandler W abgeklungen ist und wird vom Synchronimpuls am Ende des Sendesignals zurückgestellt. Dadurch ist sichergestellt, daß das Meßfenster niemals geöffnet wird, wenn der Empfangsverstärker ein noch nicht abgeklungenes Sendesignal aufnimmt.

Das Auslösesignal wird mit R27-C19 verlängert und nach Verstärkung zum Ausgang geleitet. Über ein ansteckbares 4—poliges Kabel setzt das verlängerte Auslösesignel den in der Fernbedienung enthaltenen Tongenerator To in Betrieb, der über einen Verstärker mit dem Lautsprecher verbunden ist. Durch die Verlängerung des Aüslösesignals ist gewährleistet, daß die akustische Anzeige immer eine Mindestdauer hat.

Am Meßpunkt MP1 kann das unverstärkte Sendeimpuls-Paket von 1mS Länge überprüft werden;

am Meßpunkt MP2 liegt das ausgesendete H.F.-Ultraschall-Signal an;

am Meßpunkt MP3 kann das unverformte H.F.-Empfangssignal abgegriffen werden;

am Meßpunkt MPA kann das umgeformte Empfangssignal

kontrolliert werden;

am Meßpunkt MP5 ist die Fenstergröße abtastbar;

am Meßpunkt MP6 steht das Auslösesignal noch dem Vergleicher zur Verfügung;

am Meßpunkt MP7 kann die stabilisierte Betriebsspannung

überwacht werden.

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Das in ffiff. 5 gezeigte Ansteck-Modul, in Fig. 2 schon blockschaltbildraaßig dargestellt, besteht aus einem zweiten Multivibrator-Sendeverstärker, Empfangsverstärker und Gleichrichter, welche mit der gemäß Pig. 4 beschriebenen Grundeinheit identisch

Der zweite Multivibrator wird mit dem Synchronimpuls am Punkt 3 der Zentralelektronik synchronisiert. Die gleichgerichteten Echoimpulse werden am Punkt Λ eingespeist, und die Spannungsversorgung der Ansteckeinheit kommt von Punkt 1-2-5·

- 30 ORIGINAL INSPECTED

6 a zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfechten Vertikalschnitt durch einen US-Sender-Empfänger-Sensor mit direkter Beaufschlagung, wobei dessen Ultraschall-Detektor 36 mit seiner Sende- und Empfangsmembran 37 und seinen Anschlußleitungen 38 in ein
topfähnliches Gehäuse 39 aus witterungsbeständigem
Kunststoff eingesetzt ist. Auf den durchbohrenden Befestigungszapfen 4-0 sind zwei unparallele Scheiben 41 aufgesetzt, durch deren Zueinander-Verdrehung in Verbindung mit der senkrechten Anschlußfläche 42 des
Halters 43 sich die Mittelachse 44 des Syatems horizontal und vertikal ausrichten läßt.

Die Größe aes Sende- und Empfangsbereiches, die. zunächst durch die Ausdehnung der Sende- und Empfangskeule 45 des Detektors gegeben ist, wird durch eine
Lippe 46 am Gehäuse-Außendurchmesser so begrenzt, daß sich ein Sende- und Empfangsbereich in der Vertikalen gemäß dem vertikalen öffnungswinkel 47 ergibt.

Figur 6 b zeigt die Draufsicht auf den Sensor gemäß
Figur 6 a und gibt den horizontalen öffnungswinkel 48 an.

Figur 6 c zeigt eine typische Abwicklungskontur 49 der Lippe 46, die mit dem Mantel des Gehäuses 50 eine Einheit bildet.

Figur 7 zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfachten Querschnitt durch einen US-Sender-Empfänger-Sensor mit trichterförmigem Vorsatz zur Distanzmessung mit einer sehr engen wirksamen Empfangs- und Sende-Keule 4-5. Dabei erweitert sich das zylindrische Kunststoffgehäuse 51 in einen Trichter 52, dessen wirksame Länge 53 mit seinem Cffnungsdurchmesser 54-so abgestimmt ist, daß sich einmal parallel zur Trichterachse einfallende, am Hindernis reflektierte Ultraschall-Wellen 55 oder schräg zur Trichterachse einfallende Schallwellen 56 wenig oft an der Trichterinnenwand 57 erneut reflektieren,bis sie auf die Membran 37 des Ultraschall-Detektors 36 euftreffen.'

Zum Schutz gegen Witterungseinflüsse wird der Trichter außerhalb der Betriebszeit durch einen Deckel 58 verschlossen, der durch einen Elektromagneten 59 oder eine nicht dargestellte pneumatische Betätigung bewegt wird. Mit einer Schellenbefestigung 60 kann der US-Durchfahrtshöhen-Meßsensor zum Beispiel am Haltearm des Außen-Rückspiegels befestigt werden.

Am Fuß des Kegeltrichters sind mindestens zwei Bohrungen 96 angebracht, die infolge ihrer unterschiedlichen Lage am Umfang in Zonen unterschiedlichen Fahrwindstaudruckes liegen, so daß die Membran 37 des. Wandlers 36 von Staub- und Feuchtigkeitsablagerungen frei gehalten wird.

- 32 ORIGINAL INSPECTED

Figur 8 a zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfachten Querschnitt durch einen US-Sender- und Empfänger-Sensor in der Bauform als Hohlspiegel mit einmaliger Ablenkung der austretenden Sender-Schallwellen und der am Hindernis reflektierten Schallwellen.

Das Gehäuse ist aus Herstellgründen zweiteilig und besteht aus viertelkugelförmigem Reflektor 60 und dem Aufsatz 61, der den Ultraschall-Detektor 36 aufnimmt. Durch geeignete Wahl der Lage der Sende- und Empfangs-Membran zum Reflektor-Mittelpunkt 62 wird die wirksame Ausbreitungsrichtung 63 der Sende- und Empfangs-Keule 4-5 optimiert und dabei erreicht, daß nur der energiereiche Kern 64 der Keule gerichtet, ausgestrahlt und empfangen wird.

Das Gehäuse kann in und mit einem Klemmhalter 65 justiert, fixiert und befestigt werden.

Figur 8 b zeigt den in Fig. 8 a geschnittenen Hohlspiegel-Sensor in Stirnansicht (Sende- und Empfangsrichtung) .

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Figur 9 a zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfachten Horizontalschnitt durch einen US-Sender-Empfänger-Sensor mit zweimaliger Schallreflektion zur Erzeugung einer inneren konstanten Schallweglänge von ca. 500 mm.

Das Gehäuse besteht aus einem Kasten 66, der den Ultraschall-Detektor 36, die vordere Reflektionsfläche 67 und die hinteren Reflektionsflachen 68 aufnimmt und mittels des Flansches 69 und der Befestigungslöcher 70 am Fahrzeug montiert werden kann.

Mehrere Gehäusekästen können durch eine Schwalbenschwanz-Steckverbindung 97 unmittelbar zusammengefügt werden.

Durch optimierte Abstimmung des Trichterwinkels 71» des Vertikalwinkels 72, der vorderen Reflektionsfläche (Spiegel), des Vertikalwinkels 73, der hinteren Reflektionsfläche und der Spiegelabstände 74 und 75 kann in Verbindung mit dem in Figur 9 c dargestellten Horizontal-Winkel der vorderen Reflektionsfläche 76 und des Horizontalwinkels der hinteren Reflektionsfläche 77 der vertikale Austrittswinkel 78 und der horizontale Austrittswinkel 79» die innere Schallweglänge, dargestellt durch die Linienzüge 80, 81, 82 gleichlang gehalten werden.

Figur 9 ρ zeigt die Ansicht des Sensors gemäß Figur 9 a in Sende- und Empfangsrichtüng.

Figur 9 c zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfachten Vertikalschnitt durch den Sensor gemäß Figur 9 a und 9b.

- 34- ORIGINAL INSPECTED

Figur 10 a zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfechten Querschnitt durch einen UG-Sender-EmpfüriEer-Sensor mit zweimaliger Schallreflektion an Konvexspiegeln in gestreckter, flacher Ausfuhrung mit gleichen Schellweglängen.

Das Gehäuse besteht aus einem Kunststoffkasten 8$ mit der Aufnahme 84· für den Ultraschall-Detektor 36, dessen Ausbreitungskeule 37 durch eine trichterförmige Blende aus Schaumstoff 85 begrenzt wird und der Halterung 86 für den großen Konvex-Spiegel 87 sowie dem Gehäusedeckel 88 mit der Spiegelaufnahme 89 für den kleinen Konvex-Spiegel 90 und mit dem Einfalls-Fenster 91.

10 b zeigt den Sensor gemäß Figur 10 a in Ansicht in Sende- und Empfangsrichtung.

Figur 11a zeigt einen nicht maßstäblichen, vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Wandler 36, auf dessen Menbran 3? eine Absorberscheibe 94 aufliegt, die auf einer Trägerscheibe 93, im aufgezeigten Beispiel, als Topf ausgebildet, aufgebracht ist und durch deren Blendenfenster 95 die Snde-und Empfangs-Keule eingeengt wird.

Figur 11b zeigt die Aufsicht auf den in Figur 11a dargestell« ten Wandler mit aufgesetzter Absorberscheibe 93 und Blendenfenster 95.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1	Stert-Stop-Zähler
2	Empfänger .
3	Trennstufe ■
4	US-Sender-Empfänger-Wandler
5	Ausgang HF-Generator
6	erstes Gatter
7	zweites NAND-Gatter
8	Eingang drittes NAND-Gatter
9	Schalteranordnung ~
10	Decoder
11	Digitalanzeige
12	zweiter Decoder
13	Vorwahlschalter
14	Treiber
15	akustisches Anzeige-Gerät
16	Speicher
17	optische Anzeige
18	dritter Decoder
19	Eingabe-Schalter
20	Treiber
21	Anzeige-Lampe 1
22	Anzeige-Lampe 2
23	Synchronleitung
24	Distanz-Meßgerät A
25	Distanz-Meßgerät B
26	Zentraleinheit
27	Digitalanzeige mit Bedienelementen
28	Schaltstellungsodapter am Fehrzeuggetriebe
29	Fahrzeugbatterie
30 a+b	Breitstrahl-Sensor
31	Sensor mit zweifacher Umlenkung
32	DurchfahrtshÖhen-Meßsensor
33	Laderampe
34	Breitstrehl-Hohlspiegel-Sensor
35 a+b	Nah-MeB-Sensoren

- 36 ORIGINAL INSPECTED

36 Ultreschall-Detektor

37 Sende- und Empfangs-Membran

38 Anschluß-Leitungen

39 topfähnliches Gehäuse

40 Befestigungszapfen

41 unparallele Scheibe

42 senkrechte Anschlußfläche

43 Halter

44 Mittelachse des Systems

45 Sende- und Empfangskeule

46 Lippe

47 vertikaler öffnungswinkel

48 horizontaler öffnungswinkel

49 Abwicklungs-Kontur

50 Mantelabschnitt des zylindrischen Gehäuses

51 zylindrisches Kunststoff-Gehäuse

52 Trichter

53 wirksame Länge

54 Öffnungsdurchmesser ^

55 parallel reflektierte Schallwellen

56 schräg einfallende Schallwellen

57 Trichter-Innenwand

58 Verschlußdeckel

59 Elektromagnet oder pneumatische Betätigung

60 ' viertelkugelförmiger Reflektor

61 Gehäuseaufsatz

62 Reflektor-Mittelpunkt

63 Ausbreitungsrichtung

64" energiereicher Kern der Ausbreitungskeule

65 Klemmhalter

66 Kasten

67 vordere -ßeflektionsflache

68 hintere Reflektionsfläche

69 Befestigungs-Flansch

70 Langloch

71 Trichterwinkel

72 Vertikalwinkel vordere Reflektionsfläche

73 Vertikalwinkel hintere Reflektionsfläche

74 Spiegelabstand Detektor vorderer Spiegel

75 Spiegelabstand vorderer zu hinterem Spiegel

76 Horizontalwinkel vordere Reflektionsfläche

77 Horizontalwinkel hintere Reflektionsfläche 7Q vertikaler Austrittswinkel

79 horizontaler Austrittswinkel

80 Strahlengang senkrechter Einfall

81 Strahlengang kleiner Einfallswinkel

82 Strahlengang größerer Einfallswinkel

83 Kunststoff-Kasten

84 Aufnahme für Detektor _:

85 trichterförmige Blende

86 Halterung

87 großer Konvex-Sffiegel

88 Gehäusedeckel

89 Halterung

90 kleiner Konvex-Spiegel

91 Einfallsfenster

92 Blende

93 Trägerscheibe

94 Absorberscheibe

95 Blendenfenster

96 Befestigungs-Bohrungen

97 Schwalbenschwanz-Steckverbindung

INSPECTED

Claims

PATENTANSPRÜCHE

f 1y Verfahren zur Distanzmessung nach dem Ultraschall-(US)-Echoprinzip, bei welchem mittels eines US-Frequenzgenerators erzeugte US-Signale über US-Sender-Empfänger-Wendler ausgestrahlt, von dem genannten Wandler nach Reflection von dem· Gegenstand, zu dem die Distanz zu messen ist, empfangen und einer Auswerte-Elektronik zur Anzeige, Messung und Einstellung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierte US-Echosignal der Auswerte-Elektronik nur während einstellbarer Torzeiten zugeführt wird, wobei der Jeweilige Beginn der Torzeit Jeweils von dem am Ende des in dem Empfangskanal erscheinenden direkten Sendesignals abgeleitet wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Entfernungseinstellung durch Verändern der Torzeit in zwei Stufen erfolgt, welche unabhängig voneinander durch ein Potentiometer verstellbar sind, wobei die erste Stufe für einen großen Abstand beim Einlegen des Rückwärtsganges des Fahrzeuges eingeschaltet wird, während die zweite Stufe für den Feinabstand erst dann aktiv wird, wenn das Vorwarnsignal der ersten Stufe einige Sekunden ausgegeben worden ist.
3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere US-Wandler als Sensoren für einen Entfernungsbereich ab ca. 0,3 m mit breitem Erfassungswinkel und Sensoren mit innerer Schsllstrahl-Weglänge für die Erfassung von Annäherungen auf wenige Millimeter an ein zentrales Gerät anschließbar sind und an mehreren Stellen von Nutzfahrzeugen, wie LKW's, Anhängern, Caravans usw. anbringbar sind.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modul, bestehend aus einem zweiten astabilen Multivibrator zur Erzeugung der US-Generator-Frequenz zusammen mit einer Endstufe, einem Bandpaßverstärker und einem Gleichrichter, im Sensorgehäuse untergebracht ist, der vom ersten astabilen Multivibrator gesteuert und dessen Gleichrichter-Ausgang mit dem Komparator der Grundeinheit der Schaltungsanordnung verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, speziell für die Ansteuerung eines Sensors für die Durchfahrtshöhenmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Meß-, Anzeige- und Einstellelektronik verbundener Start-Stop-Zähler mit dem Stopeingang über einen US-Empfänger mit einer den US-Wandler steuernden Trennstufe in Verbindung steht, wobei der steuerbare Eingang der Trennstufe sowie der Start- und der Takteingang des Zählers über eine Gatter- und .Frequenzteileranordnung mit dem H.F.-Generator zur Erzeugung des Steuer-, Start- und Taktsignals verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler ein weiterer Decoder mit Vorwahlschalter für die Mindesthöhe schaltbar ist, dessen Ausgang über einen Treiber mit einer akustischen Anzeigevorrichtung und einem Speicher in Verbindung steht, der seinerseits mit der Digitalanzeige verbunden ist.
7. Gerät nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Exponentialtrichter zur Winkelmessung zueinander befestig- und einstellbar angeordnet sind und die gemessenen Entfernungswerte in einem elektronischen Rechenwerk verarbeitet werden,
8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein digitaler Start-Stop-Frequenzzähler mit optischer Anzeige angeschlossen ist.
9. Blende für Sensoren zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer festen Tragkörperschicht mit aufgebrachtem schallschluckendem Material besteht und mit dem weichen Material direkt ohne Luftspalt auf die Schwingfläche des Wandlers aufgesetzt wird.
10. Blende nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Blendenfenster beliebig geformt und die die Schwingfläche des Wandlers berührenden Kanten umlaufend abgerundet sind.
11· Sensor für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 für die Hindernis-Erfassung und Entfernungserraittlung bis etwa 0,3 m vor, seitlich und hinter dem Fahrzeug, dadurch ge kennzeichnet , daß der direkt beaufschlagte Wandler in einem zylindrischen Gehäuse aus schallschluckendem Material untergebracht ist, dessen Mantelfläche in Austrittsrichtung lippenförmig verlängert ist, wobei die Lippenkontur an den Jeweiligen Anwendungsfall durch Beschneidung so angepaßt werden kann, daß Fahrbahn-Reflektionen und Reflektion an vor-und überstehenden Fahrzeugteilen vermieden werden.
12. Sensor für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 für die Hindernis-Erfassung und Entfernungsermittlung vor, seitlich und hinter dem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ultraschall-Wandler ausgestrahlten und vom Hindernis reflektierten Schallwellen durch eine Hohlspiegel- oder Para.-bolspiegelfläche von und zur Schwingfläche des Wandlers gelenkt werden, so daß er in einem ihn vor Beschädigungen schützenden Gehäuse so untergebracht werden kann, daß die empfindliche Schwingfläche sensorinnenseitig zu liegen kommt.
13· Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zur Aufnahme des Wandlers zur Mittenachse der Hohl- oder Parabol-Reflektions-Fläche versetzt ist, damit der energiereiche mittlere Kern der Abstrahlkeule nicht auf den Wandler zurück reflektiert wird.
Sensor nach Anspruch 12 und 13» dadurch gekennzeichnet , daß das Aufnahmegehäuse für den eigentlichen Wandler zur Achse des Reflektions-Systems beliebig verschoben, geschwenkt und festgestellt werden kann, so daß Je nach Lage, ,zum Brennpunkt des Reflektions-Systems verschieden große und geformte Sende- und Empfangs-Keulen einstellbar sind.
Sensor für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 für die Durchfahrtshöhenmessung, dadurch gek^e nn zeichne t , daß das Sensorgehäuse mit Befestigungsteil und aufgesetztem Trichter mit einem fernbetätigten Deckel versehen ist, der automatisch nur dann geöffnet wird, wenn eine Höhenmessung erfolgen soll.
16. Sensor nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß errmit einer Schellenbefestigung versehen ist, die die Montage an den Arm des Außenrückspiegels ermöglicht.
17· Sensor nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des Kegeltrichters mindestens zwei gegenüberliegende horizontale Bohrungen angebracht sind, durch die vom unterschiedlichen Staudruck, durch den Fahrwind unterstützt, die Schwingfläche des Wandlers ständig von Staub und Feuchtigkeit befreit wird.
18. Sensor für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5 für die Messung einer Hindernis-Annäherung bis auf wenige Millimeter, dadurch gekennzeichnet, daß im Sensorgehäuse selbst durch zweimalige Hartschall-Umlenkung an zwei Spiegelflächen für alle Schallstrahlengänge (Mitten- und Randstrahlen) eine gleiche innere Schallstrahlweglänge von der Schwingfläche des Wandlers bis zum Austrittsfenster von mindestens 45 cm erreicht wird.
19. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Spiegelflächen aus konkaven und/oder konvexen Zylinderflächen bestehen.
20. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen aus konkaven und/oder konvexen Hohl- und/oder Parabolflächen bestehen.
21· Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen, mit dem Gehäuse aus Kunststoff einteilig hergestellt, eine Oberflächenveredelung erhalten.
22. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß separat eingesetzte Spiegelflächen von 4fcußen zugänglich nach dem Anbau am Fahrzeug justierbar sind, um eine Richtungs- und/oder Formänderung der Schallkeule nachträglich vornehmen zu können.
23. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Umlenkfläche dach- und/oder prismenförmig ausgebildet ist, so daß eine Schallstrehl-Teilung auf zwei weitere, spiegelsymmetrisch angeordnete Umlenkflächen erfolgt und der Sensor somit zwei Schallaustritts- und Schalleintritts-Fenster hat.
24. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einengung der primär an der Schwingfläche des Wandlers entstehenden Schallkeule eine Blende gemäß den Ansprüchen 9 und 10 aufgesetzt wird.
25. Bedien- und Anzeigegerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß es neben den optischen Anzeigen für Betriebsbereitschaft allgemein und der Anzeige für die mit dem Wählschalter angewählten Sensoren mehrere manuell vorab auf Grundwerte einstellbare dezimale Vorwählschalter mit Sichtfenster-Ziffernanzeige ausgerüstet ist, die gegen irrtümliche Verstellung durch Abdeckklappen oder Sperrklinken gesichert sind·
26. Bedien- und Anzeigegerät gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwerte-Vorwahl über eine Zehner-Tastatur erfolgt und die Ausgebe über eine Mehrfach-Digital-Anzeige erfolgt.
27. Bedien- und Anzeigegerät nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß über manuell zu betätigende Drucktasten Zeitrelais wirksam werden, die den System-Wählschalter übersteuern.
28. Adapter für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, deß er durch mechanischen Abgriff des Getriebeschalthebels oder des Wählhebels für das automatische Getriebe die Information Rückwärtsgang oder 1. Gang an die Steuereinheit weiterleitet.
29. Leitungsanschluß zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, deß die Information "Rückwärtsgang eingelegt" an dem Rückfahrscheinwerfer abgenommen wird.
30. Blende nach Anspruch 9 und 10, dadurchgekennzeichnet, daß die Traegerscheibe für die Absorberscheibe topfähnlich erweitert ist und gleichzeitig als zylindrisches Aufnahmegehäuse für der US-Wandler dient«