本发明涉及一种超声波传感器，用于发射超声波信号和用于接收超声波回波，特别是用在车辆上，该超声波传感器具有超声波膜片（diaphragm）、安装在超声波膜片上的压电元件、放大器电路和电连接压电元件和放大器电路的连接电路。此外，本发明涉及一种超声波检测系统，该超声波检测系统具有多个超声波传感器，用于基于由超声波传感器提供的传感器信息来检测环境，尤其是车辆的环境，该超声波检测系统具有多个超声波传感器，这些超声波传感器通过数据链路彼此连接，其中所述超声波传感器中的一个是主设备（master）的形式，以便从至少一个另外的超声波传感器接收传感器信息，至少一个另外的超声波传感器是从设备（slave）的形式，并且处理该传感器信息以便检测车辆的环境。本发明还涉及一种驾驶辅助系统，该驾驶辅助系统具有用于提供传感器信息的至少一个超声波传感器并具有控制单元，其中至少一个超声波传感器和所述控制单元通过数据链路相互连接，并且所述控制单元被设计成从至少一个超声波传感器接收传感器信息并处理该传感器信息，以便检测车辆的环境。
背景技术：
1、超声波传感器发射超声波脉冲，这些超声波脉冲被环境中的物体反射为超声波回波。这些超声波回波可以被超声波传感器接收，以根据超声波脉冲的发射和超声波回波的接收之间的时间差来检测从物体到超声波传感器的距离。
2、这种超声波传感器目前用于车辆中的许多驾驶辅助系统中，以执行各种功能，例如检测停车空间、测量停车空间、在停车操纵期间监控到障碍物的距离、或者在驾驶时监控车辆的盲点。驾驶辅助系统可以是驾驶员辅助系统的形式，用于辅助人类车辆驾驶员驾驶车辆，或者用于为自主驾驶功能提供辅助功能。
3、超声波传感器包括超声波膜片，其上安装有执行机电能量转换并将超声波信号转换成电信号的压电元件。这些电信号经由连接电路被馈送到放大器，该放大器从电信号提供接收信号，例如作为包络（envelope）。在最新的超声波传感器中，超声波脉冲也通过相同的超声波膜片发射。
4、超声波传感器通常在位于大约50 khz范围内的窄频带中的一个或多个通道上工作。当有一个以上的通道时，这些通道通常位于大约50 khz附近的几千赫兹的区域中。例如，单通道超声波传感器可以以大约51 khz的中心频率发射和接收，而在多通道超声波传感器的情况下，第一通道可以位于51 khz的中心频率，而第二接收通道偏移3 khz，因此例如位于48 khz或54 khz。原则上，也可以使用中心频率为48 khz和54 khz的两个通道。也可以在通道之间切换。
5、超声波回波的检测是数字执行的，即来自超声波传感器的接收信号在放大后被采样和量化。根据采样定理，这要求采样频率至少是信号频率的两倍，因此最低约为100 khz。然而，实际上，使用高得多的采样频率来检测超声波回波。
6、电磁干扰可能在超声波传感器操作期间出现，例如作为电动车辆感应充电的结果，这种干扰通常出现在大约150 khz的频率。此外，无钥匙进入系统通常以大约125 khz的频率发射信号，这些信号由安装在门把手上的铁氧体天线辐射，会导致相应的干扰。因此，这些干扰示例都高于最小采样频率。当以高采样频率采样时，例如在信号频率的六倍或八倍的范围内，这种干扰可以被识别并被适当地处理。然而，这涉及到取样的高成本。在较低的采样频率下，例如在仅仅四倍的采样频率下，这种干扰会导致混叠信号（alias signal），该混叠信号叠加在接收到的超声波回波上，从而阻止超声波传感器正确工作。使用低通滤波器已经被证明是不切实际的，因为这些滤波器要么太贵，要么也过滤掉接收到的超声波回波。这降低了可用的接收电平，并减小了超声波传感器的最大范围。
7、在此背景下，ep 1 617 752 b1公开了一种用于确定具有至少一个可振动部件的无源超声波传感器的谐振频率的方法。
8、wo 2011/163475 a1公开了成像系统中的模拟信号处理，例如超声波医学成像系统。该系统包括多个可控输入处理块，每个块实现离散时间模拟信号处理级，例如分数时间延迟的时域滤波、抗混叠滤波或匹配滤波。
技术实现思路
1、因此，从上述现有技术出发，本发明的目的是要提出一种超声波传感器以及一种具有至少一个超声波传感器的驾驶辅助系统，该超声波传感器不易受干扰并且允许接收到的超声波回波的高接收水平。
2、根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求中详述了本发明的有利实施例。
3、因此，根据本发明，详述了一种用于发射超声波信号和接收超声波回波的超声波传感器，特别是用于车辆上的超声波传感器，具有超声波膜片、安装在超声波膜片上的压电元件、放大器电路和电连接压电元件和放大器电路的连接电路，其中连接电路包括具有滤波器频率的可激活陷波滤波器，并且超声波传感器被设计成在超声波回波接收期间在滤波器频率范围内发生干扰的情况下激活陷波滤波器。
4、此外，根据本发明，详述了一种超声波检测系统，该超声波检测系统具有多个超声波传感器，用于基于由超声波传感器提供的传感器信息来检测环境，尤其是车辆的环境，该超声波检测系统具有多个超声波传感器，这些超声波传感器通过数据链路相互连接，其中所述超声波传感器中的一个是主设备的形式，以便从至少一个另外的超声波传感器接收传感器信息，至少一个另外的超声波传感器是从设备的形式，并且处理该传感器信息以便检测车辆的环境，其中所述超声波传感器如上所述实施。
5、根据本发明，还详述了一种驾驶辅助系统，其具有至少一个用于提供传感器信息的超声波传感器并具有控制单元，其中至少一个超声波传感器和所述控制单元通过数据链路相互连接，并且所述控制单元被设计成从至少一个超声波传感器接收传感器信息并处理该传感器信息，以便检测车辆的环境，其中至少一个超声波传感器如上所述地实施。
6、因此，本发明的基本思想是要设计具有可激活陷波滤波器的超声波传感器，使得在滤波器频率下出现的干扰仍可以被滤除，而无需激活陷波滤波器，在系统中不会出现额外的衰减。因此，当干扰发生时，这种超声波传感器可以激活陷波滤波器，从而可以滤除干扰，以允许继续接收超声波回波。在没有干扰发生的情况下，陷波滤波器不被激活并因此被禁用，结果是，在该正常操作期间，接收到的超声波回波不会被陷波滤波器额外衰减。这种陷波滤波器围绕滤波器频率ff具有较窄的阻带，因此深陷波的频率响应相当于高选择性，使得陷波滤波器非常适合滤除窄带干扰，仅略微衰减所需信号。因此，陷波滤波器特别擅长滤除特定干扰频率下的已知干扰源。因此，可以可靠地滤除在已知干扰频率下出现的干扰，例如作为电动车辆感应充电的结果，通常在大约150 khz的干扰频率下，或者由无钥匙进入系统引起，通常在来自安装在门把手中的铁氧体天线的大约125 khz的干扰频率下。然而，即使使用高频率选择性陷波滤波器，也只能以很高的成本来避免延伸到超声波传感器的超声波频率范围内的衰减。因此，可能发生想要的信号也被衰减的情况。这可能涉及所需信号衰减几个db，然而，这仍然会在正常操作期间减小超声波传感器的范围。当需要时，即当干扰发生时，陷波滤波器的激活可以避免在正常操作期间衰减所需信号的问题。只有在激活状态下，陷波滤波器才对连接电路产生影响。
7、总之，根据本发明的超声波传感器允许可靠的操作，甚至例如在停放的汽车附近，其中干扰可能由于电动车辆的感应充电而发生，通常在大约150 khz的频率下，或者由无钥匙进入系统引起，通常由安装在门把手中的铁氧体天线引起的在大约125 khz的频率下。因此，激活陷波滤波器可能是有利的，特别是在停车场、停车区或停车库附近。
8、陷波滤波器可以简单和低成本地实现。陷波滤波器通常包括无源元件，这对于简单的滤波器尤其有利。这尤其适用于超声波传感器的使用，其为安装复杂设计的过滤器提供了很小的空间。
9、超声波传感器可以具有标准设计。这样的超声波传感器在原理上是已知的，因此没有必要详细描述它们。
10、超声波传感器包括用于发射超声波脉冲和用于接收超声波回波的超声波膜片。因此，相同的膜片用于发射超声波脉冲和接收超声波回波。
11、安装在超声波膜片上的是压电元件。在最新的超声波传感器中，压电元件通常在内部粘结到超声波膜片上。压电元件执行机电能量转换，并将接收到的超声波回波转换成电信号。连接电路通常包括耦合电容器和rf低通滤波器，用于滤除高频干扰和电流限制。电信号经由连接电路被馈送到放大器电路。放大器电路可以放大电信号并提供接收信号，例如作为包络。耦合电容器的电流限制在超声波脉冲传输期间也起作用。
12、如今，具有安装在车辆前部和/或后部的多个超声波传感器的超声波检测系统很常见。这种系统可以例如独立地监控车辆的前部或后部。
13、原则上，作为主设备和从设备的超声波传感器可以是相同的超声波传感器，不同之处仅在于它们的配置。因此，每个超声波传感器都可以用作主设备或从设备。从设备形式的超声波传感器可以通过单独的数据链路连接到主设备形式的超声波传感器，或者从设备形式的超声波传感器可以通过数据总线形式的数据链路连接到主设备形式的超声波传感器。超声波传感器的级联（cascaded）布置是优选的。主设备形式的超声波传感器又可以通过另外的数据链路连接到车辆的更高级别的控制单元。
14、主设备形式的超声波传感器从至少一个从设备形式的超声波传感器接收传感器信息。主设备形式的超声波传感器可以从从设备形式的超声波传感器接收例如接收的超声波回波的包络作为传感器信息，或者简单地接收关于相关的接收的超声波回波的信息。主设备形式的超声波传感器处理该传感器信息，以便检测车辆的环境。
15、在驾驶辅助系统中可以使用多个超声波传感器，以便利用一个或多个超声波传感器发射超声波脉冲，并利用一个或多个超声波传感器接收它们的超声波回波。因此，可以独立于接收超声波回波对每个超声波传感器执行超声波脉冲的发射。超声波传感器的设计是常见的，其中超声波传感器从它们自己发射的超声波脉冲接收超声波回波。在这种情况下，超声波传感器同样优选是相同的。
16、驾驶辅助系统可以是任何具有至少一个超声波传感器的驾驶辅助系统。这种驾驶辅助系统可以执行各种辅助功能，例如检测或测量停车空间，在停车操纵期间监控到障碍物的距离，或者在驾驶时监控车辆的盲点，仅举例目前最广泛使用的功能中的一些。驾驶辅助系统可以是驾驶员辅助系统的形式，用于辅助人类车辆驾驶员驾驶车辆，或者用于为自主驾驶功能提供辅助功能。
17、如今，具有安装在车辆前部和/或后部的多个超声波传感器的驾驶辅助系统很常见。此外，车辆侧面的超声波传感器越来越普遍。
18、超声波传感器可以通过一个数据链路或多个数据链路单独或成组地连接到控制单元。原则上，超声波传感器组独立于其他超声波传感器连接到控制单元也是可能的。在这种情况下，可以在车辆上安装多个驾驶辅助系统，每个驾驶辅助系统具有一组超声波传感器。
19、控制单元从至少一个超声波传感器接收传感器信息。控制单元可以从超声波传感器接收例如接收到的超声波回波的包络作为传感器信息，或者简单地接收关于相关接收到的超声波回波的信息。控制单元处理该传感器信息，以便检测车辆的环境。
20、在本发明的有利实施例中，可激活陷波滤波器是双-t滤波器的形式。像双-t滤波器这样的陷波滤波器设计简单。只用几个不同的元件就可以实现双-t滤波器。因此，可以以低成本提供双-t滤波器，同时还具有良好的频率特定衰减。在一种变型中，基于星形-三角形变换，也可以使用双pi滤波器。
21、在本发明的有利实施例中，可激活陷波滤波器由相同的电阻器和/或相同的电容器构成，其中相同的电阻器和/或相同的电容器是相关电阻器网络和/或相关电容器网络的一部分。电阻器网络也称为电阻器阵列，具有多个相同的单独电阻器，这些电阻器可以单独连接。这同样适用于电容器网络，电容器网络也称为电容器阵列，并且具有多个相同的单个电容器，这些电容器可以单独连接。单个电阻器或单个电容器的数量可以分别根据电阻器网络或电容器网络而不同。这种设计可以非常简单且紧凑地提供滤波器。通过分别串联和/或并联连接电阻器网络的电阻器或电容器网络的电容器，可以实现不同的电阻或电容。
22、在本发明的有利实施例中，放大器电路与专用集成电路集成在一起，并且超声波传感器被设计成在接收超声波回波期间，在滤波器频率范围内发生干扰的情况下，通过专用集成电路激活陷波滤波器。这种专用集成电路也称为asic。这些专用集成电路使得为放大器电路提供期望的特性变得简单。专用集成电路通常基于标准设计，允许在不使用其他asic的情况下容易地提供附加功能。特别优选地，放大器电路包括一个或多个gpio(通用输入/输出),其可以适当地放置在专用集成电路中，以便激活陷波滤波器。例如，借助于专用集成电路中提供的gpio和至少一个开关，陷波滤波器可以连接到地，以便激活陷波滤波器。如果没有接地连接，陷波滤波器将被禁用。使用放大器电路asic的gpio也可以轻松实现其他功能，如下所述。
23、在本发明的有利实施例中，可激活陷波滤波器与连接电路的耦合电容器集成在一起。这样可以简化超声波传感器的设计，尤其是连接电路的设计，因为实现陷波滤波器需要更少的附加元件。此外，连接电路总体上可以更紧凑，这在可用空间紧张时尤其有利。这还意味着陷波滤波器可以容易地集成在连接电路中，结果，在未激活状态下，可以避免对连接电路中的电信号的不希望的影响。在正常操作期间，即当陷波滤波器处于非激活状态时，耦合电容器可以执行其通常的耦合功能和/或电流限制。
24、在本发明的有利实施例中，陷波滤波器是可调节滤波器频率的频率可调节陷波滤波器的形式，并且超声波传感器被设计成在接收超声波回波期间根据干扰的干扰频率来调节陷波滤波器的滤波器频率。例如，陷波滤波器可以在两个或更多个离散滤波器频率之间切换。例如，可以为潜在已知干扰源的不同干扰频率定义离散滤波器频率。这种切换可以容易地实现，例如通过连接或断开陷波滤波器中的电阻器或电容器，例如与现有的电阻器或电容器并联和/或串联。可替换地，陷波滤波器例如可以在定义的频率范围内变化，使得滤波器频率可以在该定义的频率范围内调节。可以连续或离散地进行调节，例如通过电位计或其他可调节部件。特别地，放大器电路可以被设计成执行陷波滤波器的滤波器频率的调节。特别优选地，放大器电路与具有至少一个gpio的专用集成电路集成，以便调节陷波滤波器的滤波器频率。
25、在本发明的有利实施例中，超声波传感器被设计成接收激活信号，特别是来自驾驶辅助系统的控制单元的激活信号，其中所接收的激活信号指示在接收超声波回波期间的干扰，并且超声波传感器还被设计成根据激活信号的接收来激活陷波滤波器。因此，陷波滤波器将根据接收到的激活信号在超声波传感器中被激活。激活信号可以是模拟信号电平，或者是作为数字信号通过数据链路传输的信息，例如来自连接的控制单元。在这种情况下，陷波滤波器的激活是在相关的超声波传感器没有执行相关的信号处理以确定超声波回波接收期间的干扰的情况下执行的。
26、在本发明的有利实施例中，超声波传感器具有干扰检测单元，该干扰检测单元被设计成在接收超声波回波期间确定干扰，并且超声波传感器被设计成在接收超声波回波期间根据所确定的干扰来激活陷波滤波器。因此，陷波滤波器的激活是基于相关联的用于确定干扰的超声波传感器的信号处理来执行的。在频率可调的陷波滤波器的情况下，干扰检测单元可以额外地被设计成在接收超声波回波期间确定干扰的干扰频率，使得陷波滤波器的滤波器频率可以被相应地调节。可替换地，陷波滤波器的滤波器频率可以基于由超声波传感器接收的外部信号来调节。
27、在本发明的有利实施例中，陷波滤波器是可配置的，并且超声波传感器被设计成在接收超声波回波期间根据滤波器频率区域中的干扰类型来配置陷波滤波器。类似于陷波滤波器的激活，超声波传感器可以被设计成接收配置信号，特别是来自驾驶辅助系统的控制单元的配置信号，其中所接收的配置信号指示在接收超声波回波期间的干扰类型，并且超声波传感器还被设计成根据配置信号的接收来配置陷波滤波器。可替代地，超声波传感器可以具有干扰检测单元，其被设计成在接收超声波回波期间确定干扰的类型。超声波传感器可以基于此来配置陷波滤波器。该配置可以适配滤波器，以便尽可能地避免通过滤波器的不希望的信息损失，或者至少将其减少到必要的量。干扰的类型可以例如由干扰频率、干扰带宽和/或干扰水平来定义。
28、在本发明的有利实施例中，主设备形式的超声波传感器被设计成在超声波回波接收期间确定滤波器频率区域中的干扰，并且根据所确定的干扰，向从设备形式的至少一个超声波传感器传送激活信号，该激活信号指示在超声波回波接收期间滤波器频率区域中的干扰，和/或主设备形式的超声波传感器被设计成在接收超声波回波期间确定滤波器频率区域中的干扰类型，并且根据所确定的干扰类型，向至少一个从设备形式的超声波传感器传输用于配置陷波滤波器的配置信号。因此，主设备形式的超声波传感器可以确定在接收超声波回波期间是否存在干扰和/或在接收超声波回波期间存在何种类型的干扰。这可以包括主设备形式的超声波传感器在接收超声波回波期间确定例如干扰的干扰频率。此外，有可能确定干扰的强度，例如干扰的电平或频率带宽。干扰和/或干扰类型可以针对单独超声波传感器单独确定，或者针对超声波传感器组联合确定。相应地，激活信号可以包含与所确定的干扰频率相关的附加信息。替代地或附加地，配置信号可以包含与干扰类型相关的附加信息，例如所确定的干扰频率、干扰水平或频率带宽。主设备形式的超声波传感器可以将激活信号和/或配置信号发送到单个超声波传感器或被配置为从设备的超声波传感器组，使得超声波传感器可以单独或成组地激活和/或配置它们的陷波滤波器。原则上，主设备形式的超声波传感器也可以在接收超声波回波期间从高级控制器接收关于干扰和/或干扰类型的信息，并由此确定干扰的存在和/或干扰的类型。如上所述，主设备形式的超声波传感器然后可以向与其连接的从设备形式的超声波传感器发送激活信号和/或配置信号。然后，从设备形式的超声波传感器激活它们的陷波滤波器，并且如果适用，根据激活信号启用滤波器频率，和/或执行它们的陷波滤波器的配置。关于确定干扰和/或干扰类型的陈述同样适用于主设备本身，也适用于作为从设备与其连接的超声波传感器。
29、在本发明的有利实施例中，控制单元被设计成在接收超声波回波期间确定滤波器频率区域中的干扰，并且根据所确定的干扰，向至少一个超声波传感器传送激活信号，该激活信号指示在接收超声波回波期间滤波器频率区域中的干扰，和/或控制单元被设计成在接收超声波回波期间确定滤波器频率区域中的干扰类型，并且根据所确定的干扰类型，向至少一个超声波传感器传输用于配置陷波滤波器的配置信号。因此，控制单元可以确定在超声波回波的接收期间是否存在干扰和/或在超声波回波的接收期间存在何种类型的干扰。这可以包括控制单元在接收超声波回波期间确定干扰的干扰频率。此外，有可能确定干扰的强度，例如干扰的电平或频率带宽。干扰和/或干扰类型可以针对单独超声波传感器单独确定，或者针对超声波传感器组联合确定。相应地，激活信号可以包含与所确定的干扰频率相关的附加信息。替代地或附加地，配置信号可以包含与干扰类型相关的附加信息，例如所确定的干扰频率、干扰水平或频率带宽。控制单元可以将激活信号和/或配置信号发送到单独超声波传感器或超声波传感器组，使得超声波传感器可以单独地或成组地激活和/或配置它们的陷波滤波器。原则上，控制单元还可以在接收超声波回波期间从更高级别的控制器接收关于干扰和/或干扰类型的信息，并由此确定干扰的存在和/或干扰的类型。然后，如上所述，控制单元可以将激活信号和/或配置信号发送到与其连接的超声波传感器。然后，超声波传感器根据激活信号和/或配置信号激活它们的陷波滤波器，启用滤波器频率，和/或执行它们的陷波滤波器的配置。
30、下面基于优选实施例参考附图更详细地解释本发明。所示的每个特征可以单独地或组合地构成本发明的一个方面。不同示例性实施例的特征可以从一个示例性实施例转移到另一个示例性实施例。
1.一种用于发射超声波信号和用于接收超声波回波的超声波传感器(14 ),特别用于车辆(10)上，该超声波传感器具有：
2.根据权利要求1所述的超声波传感器(14)，其特征在于
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器(14)，其特征在于
4.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(14)，其特征在于
5.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(10)，其特征在于
6.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(14)，其特征在于
7.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(14)，其特征在于
8.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(14)，其特征在于
9.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器(14)，其特征在于
10.一种具有多个超声波传感器(14)的超声波检测系统(50)，用于基于由超声波传感器(14)提供的传感器信息来检测环境(24)，特别是车辆(10)的环境(24)，该超声波检测系统具有：
11.根据权利要求10结合权利要求7和/或权利要求9所述的超声波检测系统(50)，其特征在于
12.一种驾驶辅助系统(12)，具有：
13.如权利要求12结合权利要求7和/或权利要求9所述的驾驶辅助系统(12)，其特征在于
