VERFAHREN ZUM VERSTÄRKEN EINES ZUR FAHRZEUGUMFELDDETEKTION GEEIGNETEN ECHOSIGNALS UND VORRICHTUNG ZUM DURCHFÜHREN DES VERFAHRENS

Beschreibung

Titel

Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals und eine geeignete

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Auch betrifft die Erfindung ein Fahrzeugassistenzsystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals.

Stand der Technik

Aus dem Dokument DE 10 2008 054 789 A1 ist ein Verfahren zum Verstärken eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals bekannt, bei dem ein Verstärkungsfaktor abhängig von einer Laufzeit des Echosignals eingestellt wird. Hierzu ist ein variabler Verstärker vorgesehen, wobei die

Verstärkungskurve auch einen sprunghaften Verlauf in mehreren Schritten aufweisen kann. Als Ausführungsbeispiel ist eine aufwändige

Operationsverstärkerschaltung mit durch Zuschalten und Abschalten von Widerständen sprunghafter Verstärkungsumschaltung gezeigt. Es ist ebenfalls beschrieben, dass der Verlauf der sprunghaften Verstärkungsänderung durch eine zentrale Signalverarbeitung zusätzlich einkalibriert werden muss.

In demselben Dokument ist beschrieben, wie bei pulsweise messenden umfeldsensierenden Systemen der Auswerteaufwand mittels laufzeitabhängiger Verstärkung ν(τ) reduziert werden kann, da mit zunehmender Echolaufzeit die Signalstärke kleiner wird. Es ist beschrieben, dass bevorzugt eine kontinuierliche Veränderung der Eingangsverstärkung vorgenommen wird, da das

Empfangssignal durch eine kontinuierliche Veränderung im Vergleich zu einer sprunghaften Veränderung wesentlich geringer verfälscht wird. Bei optimal ausgelegten Systemen sollte die Verstärkung ν(τ) aus Systemsicht im Bereich von 1 <

Die Figuren 1 a und 1 b zeigen beispielhaft zwei mögliche Verläufe einer

gewünschten laufzeitabhängigen Signalverstärkung V(r) .

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, wie durch geeignete Beschaltung eines A D-Wandlers vorzugsweise in einer Rekursionsschleife, die den Signalempfang, einen gewissen Teil der Signalauswertung sowie optional eine geeignete Erzeugung eines Steuersignals zur laufzeitabhängigen Verstärkungsregelung insbesondere eines A/D-Wandlers enthält, eine laufzeitabhängige Verstärkung mit geringem technischen

Aufwand realisiert werden kann.

Die Rekursionsschleife ist für die Realisierung der laufzeitabhängigen Verstärkung nicht erforderlich. Wird sie verwendet, kann die laufzeitabhängige Verstärkung jedoch an die jeweilige Signalsituation angepasst werden, wodurch der benötigten

Dynamikbereich des A/D-Wandlers verringert werden kann.

Die technische Realisierung von Verstärkern mit kontinuierlich einstellbarer

Verstärkung ist jedoch sehr schwierig, zumal ja diese Verstärker neben dem

einstellbaren Verstärkungsbereich noch einen geeigneten Dynamikbereich zur

Verstärkung der eingehenden Signale besitzen sollen.

Die Realisierung von N Verstärkern mit fester Verstärkung hingegen ist recht aufwandsarm realisierbar. Durch Reihenschaltung lässt sich mit solchen Verstärkern

N

eine recht hohe Verstärkung Vf _{est gesam} t N = ^v fest j realisieren und an den Übergängen zwischen den Verstärkern liegt das Signal jeweils teilverstärkt vor:

k

v fest_gesamt k = V\v fest j '

7 =1

Äquivalentes gilt für A D-Wandler. Der Bereich, in dem die Referenzspannung von A D-Wandlern ohne negative Rückwirkungen auf die Güte der A/D-Wandlung variiert werden können, liegt typische Weise nur im Bereich 1 bis 4.

Daher gibt es weder preiswerte A/D-Wandler noch preiswerte variabel einstellbare

Verstärker mit denen der geforderte variable Verstärkungsbereich 1 <

V ₀

ca. 50kHz realisiert werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den beigefügten

unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verstärken eines Echosignals wird ein analoges, zur Fahrzeugumfelddetektion geeignetes Echosignal mit einem von der Laufzeit des Echosignals abhängigen Verstärkung verstärkt. Das analoge Echosignal wird mittels eines Verstärkers mit einer Vielzahl von Ausgängen mit jeweils unterschiedlicher insbesondere fester Verstärkung und eines

nachgeschalteten A/D-Wandlers mit einer zeitvariablen Referenzspannung verstärkt. Dabei wird zwischen unterschiedlichen Ausgängen des Verstärkers zu vordefinierten Umschaltzeitpunkten umgeschaltet und die Referenzspannung des A/D-Wandlers zwischen den Umschaltzeitpunkten zeitlich derart variiert, dass am

Ausgang des A/D-Wandlers das Echosignal mit einer laufzeitabhängigen

Gesamtverstärkung vorliegt, die einen vorgegebenen Verlauf aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum laufzeitabhängigen Verstärken

mindestens eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten Echosignals umfasst einen Verstärker mit einer Vielzahl von Ausgängen mit jeweils unterschiedlicher insbesondere fester Verstärkung, einen nachgeschalteten A/D-Wandler mit zeitvariablen Referenzspannung und eine Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, zwischen unterschiedlichen Ausgängen des Verstärkers zu

vordefinierten Umschaltzeitpunkten umzuschalten und eine zeitabhängige, am

Ausgang des A/D-Wandlers vorliegende Gesamtverstärkung des Echosignals mit einem vorgegebenen Verlauf mittels einer geeigneten, zwischen den

Umschaltzeitpunkten durchgeführten Variation der Referenzspannung des A/D- Wandlers zu generieren.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Durch eine geeignete Variation der Referenzspannung des A D-Wandlers zwischen den Umschaltzeitpunkten wird aus der von dem Verstärker zwischen den

Umschalzeitpunkten generierten Teilverstärkung des Echosignals in einer einfachen und aufwandsarmen Weise eine laufzeitabhängige Gesamtverstärkung des

Echosignals mit einem gewünschten Verlauf generiert.

Durch die geeignete Variation der Referenzspannung des A/D-Wandlers wird der Gesamtdynamikbereich des analogen Echosignals in einfacher Weise auf einen kleineren effektiven Gesamtdynamikbereich abgebildet, was zu eine

Reduzierung des bei der Auswertung des Echosignals benötigten

Rechenaufwands führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch die Verwendung eines

kostengünstigen A/D-Wandlers, dessen Referenzspannung nur in einem geringen Bereich variiert werden muss.

In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das analoge Echosignal mittels einer in Reihe geschaltete Kette von Verstärkern insbesondere fester Verstärkung und des nachgeschalteten A/D-Wandlers mit der zeitvariablen Referenzspannung verstärkt.

Die Realisierung eines Verstärkers mit N in Reihe geschalteten Verstärkern mit fester Verstärkung ist gegenüber der Realisierung eines Verstärkers mit kontinuierlich einstellbarer Verstärkung recht kostengünstig und aufwandsarm realisierbar. Durch die Reihenschaltung der Verstärker lässt sich eine recht hohe Verstärkung N

vfest gesamt N = ^v fest j realisieren. An den Übergängen zwischen den in Reihe geschalteten Verstärkern liegt ein teilverstärktes Signal vor, das eine Teilverstärkung k

von Vf _esL gesamt k = Π ^V ^st 3 ^aufweis

J = l

Nach der Erfindung ist der Verlauf der Gesamtverstärkung insbesondere stückweise zwischen den Umschaltzeitpunkten vorgegeben.

Ferner wird erfindungsgemäß ein aufwandarmes Verfahren zur

Fahrzeugumfelddetektion mittels mindestens eines Echosignals bereitgestellt, bei dem mindestens ein analoges Echosignal mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens verstärkt wird und zumindest das verstärkte Echosignal zur Fahrzeugumfelddetektion ausgewertet wird.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein kostengünstiges Fahrzeugassistenzsystem zur Fahrzeugumfelddetektion mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum

Verstärken mindestens eines zur Fahrzeugumfelddetektion geeigneten

Echosignals bereitgestellt, das eine Auswerteeinheit zur

Fahrzeugumfelddetektion zumindest durch ein mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung verstärktes und/oder nicht verstärktes Echosignal umfasst.

Zeichnung

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 a und 1 b jeweils einen möglichen Verlauf einer laufzeitabhängigen

Signalverstärkung nach dem Stand der Technik,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer

laufzeitabhängigen Signalverstärkung nach der ersten

Ausführungsform der Erfindung, und Figur 3 einen möglichen Verlauf der laufzeitabhängigen

Signalverstärkung nach der ersten Ausführungsform der

Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Erzeugung einer laufzeitabhängigen Signalverstärkung ν(τ) nach der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Das analoge, von der Laufzeit τ des Echos abhängigen Eingangssignal

(Echosignal) r _{a in} mit einer üblichen Mittenfrequenz von insbesondere circa

48 kHz erfährt mittels eines Grundverstärkers 20 eine Grundverstärkung V ₀ . Ein nachgeschalteter Verstärker 30 umfasst N seriell geschaltete, miteinander kaskadierte Verstärker 40, 50 mit fester Verstärkung _fest , die zu einer festen

N

Gesamtverstärkung des Eingangsignals Vf _est <, _eS amt N äffest i führen.

In der Figur 2 sind von den N seriell geschalteten Verstärkern 40, 50 nur zwei dargestellt.

Mittels mindestens eines Analogschalters 60 wird zwischen den

Umschaltzeitpunkten r _k , r _k+l jeweils eine feste Verstärkung _{fest gesamt k}

ausgewählt und das derart verstärkte Analogsignal auf einen nachgeschalteten A D-Wandler (ADC) 70 gegeben. Dabei steuert die Steuervorrichtung 100 den mindestens einen Analogschalter 60 derart, dass die N Ausgänge 41 , 51 des Verstärkers 30 nacheinander zu vordefinierten Umschaltzeitpunkten

τ\, . . . , T] f jeweils mit dem Eingang 80 des A/D-Wandlers verbunden werden.

Durch Variation der Referenzspannung des A/D-Wandlers t/R _e f AD ( ^T )|

k <T <r _{k +} i mittels der Steuervorrichtung 100 wird eine entsprechende zeitvariante Verstärkung ₁ derart erzeugt, dass sich die

Gesamtsystemverstärkung der abgetasteten Signale entsprechend einem

vorgegebenen Verlauf ν(τ) verhält. Am Ausgang 90 des A D-Wandlers 70 liegt ein mit der Gesamtsystemverstärkung verstärktes Ausgangsignal r _d vor.

Die Variation der Referenzspannung t/R _e f AD ( ^T ) des A/D-Wandlers r _k <T <r _{k +} i

70 wirkt sich für das Gesamtsystem wie eine zeitvariante Verstärkung ^ν ΑΌ ^ ^τ )\ _{τ]ζ < τ <Tk +} ^ der abgetasteten Signale aus. Der gewünschte

Verstärkungsverlauf v(r) kann, wie in der Figur 3 dargestellt, stückweise

zwischen den Umschaltzeitpunkten 0, τ\, 2, τ^, Α,,■■■ , τ _Ν generiert werden.

Erfindungsgemäß wird insbesondere eine kostengünstige Vorrichtung 10 mit einer Architektur bereitgestellt, mit der die Funktion einer gewün kontinuierlich einstellbaren Verstärkung im geforderten Dynamikbereich in einfacher

Weise realisiert werden kann.

Mittels der erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Verstärkung und

anschließenden Analog-Digitalwandlung von Signalen r _{a in} wird insbesondere eine laufzeitabhängige Verstärkung ν(τ) mittels einer in Reihe geschalteten

Kette von Verstärkern 40, 50 fester Verstärkung V _{fest j} realisiert, bei der zu

gewissen Zeitpunkten τ\, τ^, . . . , τ _Ν mittels mindestens eines

Analogsignalschalters 60 zwischen unterschiedlichen wirksamen festen

Teilverstärkungen _{fest gesamt i:} umgeschaltet wird und die nachgelagerte A/D-

Wandlung 70 mittels zeitvariabler Referenzspannung U _{KEF AD} (T )\ jeweils zwischen den Umschaltzeitpunkten τ _ί , τ _ί+1 derart beeinflusst wird, dass die

Gesamtsystemverstärkung durch diese sukzessive Approximation quasi gleich der gewünschten laufzeitabhängigen Verstärkung ν(τ) ist. Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend ausdrücklich auf die Darstellung in den Figuren 2 und 3 Bezug genommen.