Vorrichtung zum gerichteten Aussenden und zum Empfangen von Ultraschall

Abstract

 Bei dieser Vorrichtung zum gerichteten Aussenden und zum Empfangen von Ultraschall ist ein trogartiger Reflektorschirm (1) vorgesehen, der quer zu seiner Längsrichtung ein parabelförmiges Schnittprofil hat. In diesem Reflektorschirm (1) sind in Reihe mehrere Ultraschallsender und -empfänger (4) auf Abstand jeweils im Bereich der Scheitellinie des Schnittprofils angeordnet. Unmittelbar vor den Ultraschallsendern (4) ist innerhalb des Reflektorschirms (1) eine Reflektorleiste (7) angeordnet, die symmetrisch zur Axialebene (8) des Reflektorschirms (1) angeordnet, verlauft. Auf diese Weise wird eine breite, bandförmige Schallkeule erzeugt, die durch zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Linien begrenzt ist, die ein gutes Erfassen von Hindernissen unabhängig von der jeweils vorliegenden Seitenposition bezüglich der Schallquelle ermöglicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gerichteten Aussenden und zum Empfangen von Ultraschall nach dem Ober­begriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine derartige Vorrichtung geht aus der DE-AS 1 713 514 be­reit hervor.

[0003] Andere Vorrichtungen warnen z.B als Abstandsmesser verwen­det (DE 27 44 823 B2). Dabei werden die Ultraschallwellen, die in etwa optischen Reflektionsgesetzen folgen, ausgehend von einem in einem paraboloiden Reflektorschirm angeordne­ten Sender auf einen Gegenstand, eine Flüssigkeitsoberflä­che, eine Wand oder dergleichen gerichtet und von dort in einen ebenso ausgebildeten Reflektorschirm reflektiert und einem Empfänger zugeleitet. Die zwischen Senden und Empfan­gen vergangene Zeit wird gemessen und in eine Entfernung umgerechnet.

[0004] Derartige Vorrichtungen stoßen dann auf Schwierigkeiten, wenn mit ihnen Hindernisse erfaßt werden sollen, die z.B. von einem fahrerlosen Fahrzeug in einer bestimmten Bahn­breite verteilt sein können. Insbesondere bei bodennahen Hindernissen treten Unterschiede in der Erfassung dieser Hindernisse dann auf, wenn ihr seitlicher Abstand von der Achse der Schallkeule ungleich ist. Dies beruht u.a. dar­auf, daß sich eine solche Schallkeule auf dem Boden in der Regel ellipsenartig darstellt, wobei in Randzonen die Schallintensität stark abnimmt.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß das Schallprofil, unabhängig davon, ob der Ultraschall im wesentlichen senkrecht oder geneigt auf ein Hindernis trifft, sich bandförmig darstellt und durch zwei annähernd parallel verlaufende Linien begrenzt ist.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs er­wähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst.

[0007] Dabei erfolgt eine Bündelung des Ultraschalls, die den Schalldruck im Bereich der so gebildeten Schallkeule kon­zentriert, so daß Schallreflektionen auch noch aus Entfer­nungen von mehreren Metern und auch noch von Hindernissen mit schlechten Reflektoreigenschaften empfangen werden kön­nen. Eine solche Vorrichtung kann z.B. um ein fahrerloses Fahrzeug herumgeführt sein, wobei die Axialebene des Re­flektorschirms nach abwärts geneigt ist. Die Ultraschall­keule bildet sich dabei auf dem Boden im wesentlichen als eine durch parallel verlaufende Kanten begrenzte bandför­mige Zone ab. Das Erkennen von Hindernissen erfolgt also in allen Richtungen in gleichem Abstand von dem Fahrzeug.

[0008] Es ist dabei möglich, auch die Seitenflächen des trogförmi­gen Ultraschallreflektors parabelförmig auszubilden, um auch hier annähernd linienförmige Begrenzungen der Schall­keule zu schaffen.

[0009] Die Reflektorleiste trägt dazu bei, die von dem Ultra­schallsender kommenden Ultraschallwellen im wesentlichen so auf die Wandung des Reflektorschirms umzulenken, als ob sie aus dem Brennpunkt des parabelförmigen Querschnitts kämen. Auf diese Weise wird die Bündelung des Ultraschalls verbes­sert, und die Konturen der Ultraschallkeule werden ver­schärft.

[0010] Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Un­teransprüchen angegeben.

[0011] Eine Verbesserung der Erfindung kann dadurch noch erreicht werden, daß der Öffnungswinkel mit zunehmendem Abstand von der Scheitellinie abnimmt.

[0012] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem so ausge­stattet sein, daß die Reflektorleiste parallel zur Leitli­nie des Reflektorschirms eine Querschnittsbreite hat, die dem 0,5 bis 2-fachen des Abstandes zwischen dem Brennpunkt und der Leitlinie des Reflektorschirms entspricht.

[0013] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Reflektorleiste ein im wesentlichen dreieckförmiges Profil hat. Dies ist eine besonders einfach herstellbare Form für die Reflektorleiste.

[0014] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Reflektorleiste ein tropfenförmiges Profil hat, dessen spitz auslaufender Bereich der Scheitellinie zugewandt ist. Dies trägt zur Verbesserung der Bündelung bei.

[0015] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß Ultraschallsender und Ultraschallempfänger mit Abstand voneinander in Reihe angeordnet sind. Dies hat zur Folge, daß der Ultraschallempfänger schon beim Senden des Ultraschalls empfangsbereit ist. Er kann deshalb auch aus Entfernungen von wenigen Zentimetern reflektierte Ultra­schallwellen empfangen, was dann nicht möglich ist, wenn Ultraschallsender und Ultraschallempfänger in einer Einheit zusammengefaßt sind, da hier eine gewisse Umschaltzeit von Senden auf Empfangen erforderlich ist.

[0016] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß zwischen einem Ultraschallsender und dem bzw. den benachbarten Ultraschallempfänger(n) jeweils eine Ultraschallsperre angeordnet ist. Auf diese Weise wird ver­hindert, daß Ultraschall quasi in der Art eines Kurzschlus­ ses von der Reflektorleiste unmittelbar zum Ultraschall­empfänger geleitet wird.

[0017] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin so ausge­stattet sein, daß in der Wandung des Reflektorschirms Ultraschallüberwachungssensoren vorgesehen sind. Auf diese Weise kann überwacht werden, ob von dem Ultraschallsender tatsächlich gesendet wird.

[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Ultraschallüberwachungssensoren sowohl als Sender wie auch als Empfänger schaltbar sind. Mit diesen Sensoren kann also festgestellt werden, ob Ultraschall aus­gesandt wird. Sie können aber auch als Sender eingesetzt werden, um die Funktionsfähigkeit eines Empfängers zu testen.

[0019] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Ultraschallüberwachungssensoren in der Wan­dung des Reflektorschirms bündig eingelassen sind. Auf diese Weise wird insbesondere über die Reflektorleiste der Verlauf von Ultraschallwellen zwischen Überwachungssensor und dem Ultraschallsender sowie dem Ultraschallempfänger gewährleistet.

[0020] Es hat sich gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, den Querschnitt des parabelförmi­gen Reflektorschirms so auszubilden, daß der Abstand zwi­schen dem Brennpunkt und der Leitlinie des parabelförmigen Querschnitts zwischen 8 und 30 mm liegt.

[0021] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der oberhalb der Axialebene liegende Teil des Reflektorschirms gegenüber dem unterhalb dieser Axialebene liegenden Teil verkürzt ausgebildet ist. Somit kann die Baugröße der Vorrichtung ohne Nachteil reduziert werden, wenn der ausgehend von dem oberen Teil des Reflektorschirms beschallte Bereich, was häufig vorkommt, nicht oder nur von geringer Bedeutung ist.

[0022] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß zumindest der unterhalb der Axialebene liegende Teil des Reflektorschirms in einen Bumper eines Fahrzeuges integriert ist. Auf diese Weise kann die Vorrichtung besonders platzsparend z. B. an einem fahrerlosen Fahrzeug angeordnet werden.

[0023] Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Reflektorleiste mit tropfenförmigem Querschnitt nach der Linie B - B in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A - A in Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab ein Teil einer erfindungsge­mäß ausgebildeten Vorrichtung mit im Querschnitt dreieckförmiger Reflektorleiste und

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung mit im Quer­schnitt tropfenförmiger Reflektorleiste.

[0024] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung hat einen Reflektorschirm 1, mit einer glatten, schallreflek­tierenden Innenfläche 2. Die Innenfläche 2 ist parabelför­mig ausgebildet, wobei der Abstand zwischen dem Brennpunkt der Parabel und ihrer Leitlinie zwischen 8 und 30 mm liegt.

[0025] Der Reflektorschirm 1 ist trogförmig ausgebildet und weist in allen zur Linie B-B parallelen Ebenen das gleiche, hier in Fig. 1 dargestellte Profil auf.

[0026] Längs der Scheitellinie 3 sind im Bereich dieser Linie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 alternierend

[0027] Ultraschallsender 4 und Ultraschallempfänger 5 angeordnet. Zwischen Ultraschallsender 4 und Ultraschallempfänger 5 ist jeweils eine Ultraschallsperre 6 vorgesehen, die sicher­stellt, daß aus dem Ultraschallsender 4 austretende Schall­wellen nicht unmittelbar in den Ultraschallempfänger 5 ein­treten können.

[0028] Unmittelbar vor den Ultraschallsendern 4 und den Ultraschallempfängern 5 ist innerhalb des Reflektorschirms 1 eine Reflektorleiste 7 angeordnet, die symmetrisch zur Axialebene 8′ des Reflektorschirms 1 verläuft. Die Reflek­torleiste 7 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figu­ren 1 und 2 tropfenförmig ausgebildet, wobei ihr zugespitz­ter Bereich unmittelbar vor den Ultraschallsendern 4 und den Ultraschallempfängern 5 liegt. Sie hat einen Öffnungs­winkel von 60°. Das Profil der Reflektorleiste 7 ist an ihrem rückwärtigen Ende 8 kreisbogenförmig ausgebildet.

[0029] In die Wandung des Reflektorschirms 1 ist ein überwachungssensor 9 mit der Innenfläche 2 bündig eingelas­sen. Der Überwachungssensor 9 kann aufeinanderfolgend als Sender oder als Empfänger geschaltet werden.

[0030] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der soeben beschriebenen nur da­durch unterscheidet, daß hier eine Reflektorleiste 10 vor­gesehen ist, die ein im wesentlichen dreieckiges Profil hat, wobei eine Kante des Profils unmittelbar vor den Ul­traschallsendern 4 und Ultraschallempfängern 5 liegt. Auch hier sind zwischen Ultraschallempfängern und Ultraschall­sendern Ultraschallsperren 6 vorgesehen.

[0031] Die Ausführungsform nach Fig. 4 weicht von derjenigen nach Fig. 3 lediglich im Querschnitt der Reflektorleiste 11 ab. Diese ist hier ebenfalls tropfenförmig ausgebildet, wobei der Öffnungswinkel ausgehend von dem der Scheitellinie zu­gewandt Bereich sich verringert.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum gerichteten Aussenden und zum Empfangen von Ultraschall, mit einem parabelförmig begrenz­ten, trogartig ausgebildeten Reflektorschirm, der quer zu seiner Längsrichtung ein parabelförmiges Schnittprofil hat, wobei Ultraschallsender (4) und -empfänger (5) in diesem Reflektorschirm (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeich­net, daß mehrere Ultraschallsender (4) und -empfänger (5) jeweils in Reihe im Breich der Scheitellinie des Schnitt­profils angeordnet sind und daß in dem Reflektorschirm (1) symmetrisch zu seiner Axialebene eine Reflektorleiste (7;10;11) angeordnet ist, die vor den Ultraschallsendern und -empfängern in Längsrichtung des Reflektorschirms (1) verläuft und sich in ihrem der Scheitellinie zugeordneten Bereich in Richtung auf diese verjüngt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Reflektorleiste (7;10;11) von der Scheitellinie des Reflektorschirms (1) fort einen Öffnungs­winkel zwischen 50° und 90° hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß der Öffnungswinkel mit zunehmendem Abstand von der Scheitellinie abnimmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennnzeichnet, daß die Reflektorleiste (7; 10; 11) parallel zur Leitlinie des Reflektorschirms (1) eine Querschnittsbreite hat, die dem 0,5 bis 2-fachen des Ab­standes zwischen dem Brennpunkt und der Leitlinie des Re­flektorschirms (1) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die Reflektorleiste (10) ein im wesentlichen dreieckförmiges Profil hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die Reflektorleiste (11) ein tropfenförmiges Profil hat, dessen spitz auslaufender Be­reich der Scheitellinie zugewandt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallsender (4) und Ultraschallempfänger (5) mit Abstand voneinander ange­ordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­net, daß zwischen einem Ultraschallsender (4) und dem bzw. den benachbarten Ultraschallempfänger(n) jeweils eine Ultraschallsperre (6) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Reflek­torschirms (1) Ultraschallüberwachungssensoren (9) vorgese­hen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, daß die Ultraschallüberwachungssensoren (9) sowohl als Sender wie auch als Empfänger schaltbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Ultraschallüberwachungssensoren (9) in der Wandung des Reflektorschirms (1) bündig eingelassen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Brennpunkt und der Leitlinie des parabelförmigen Quer­schnitts zwischen 8 und 30 mm liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb der Axialebene (8′) liegende Teil des Reflektorschirms (1) gegenüber dem unterhalb dieser Axialebene liegenden Teil verkürzt ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der unterhalb der Axialebene (8′) liegende Teil des Reflektorschirms (1) in einen Bumper eines Fahrzeuges integriert ist.

Zeichnung