CN101316741B - 包括汽车部件和至少一个电声换能器、尤其是超声波换能器的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个具有汽车部件(1)和至少一个电声换能器、尤其是超声波换能器(2)的配置，该换能器设置在汽车部件(1)外壁(1a)的内侧面(1c)上，其中所述电声换能器(2)包括一个钵形外壳(2a)，在其中设置一个压电陶瓷体(23)，其中使钵形外壳(2a)具有一个底部部位(21)，它固定在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上。本发明还涉及一个具有汽车部件和电声换能器的配置，该换能器可拆卸地固定在内表面(1c)上，其中在内表面(1c)与换能器之间设置一个声学耦联部件(4，5)。

Description

包括汽车部件和至少一个电声换能器、尤其是超声波换能器的系统

技术领域

本发明涉及一种包括汽车部件和至少一个电声换能器、尤其是超声波换能器的系统，该换能器设置在汽车部件外壁的内侧。本发明还涉及具有这种系统的汽车。

背景技术

现代汽车通过驻车辅助系统构成，它们一般包括许多超声波传感器，它们例如设置在汽车的前端和后端的保险杠里面。为此使保险杠或者也包括封闭板配有空隙，在其中安装传感器。缺陷是，通过这些传感器对设计的视觉印象产生不利影响。此外必需使传感器以车色涂漆，由此增加加工费用。在此经常相对困难地实现均匀地涂漆并因此精确地确定颜色。尤其是通过这种敞开的且从外面可以接触到的传感器结构也可能产生损伤或者进入有损功能的污物。

因此致力于使超声波换能器遮盖地安装在车身外壁后面，由此不再需要空隙并且从外面看不到传感器。通过遮盖地安装超声波传感器使它们尽可能避免从外部受到损伤。

由DE 42 38 924 A1已知将一个电声换能器安装在汽车部件的内侧上。该电声换能器包括一个压电陶瓷体，它通过导电胶固定在整个内表面上。这种扩展结构的缺陷是，超声波传感器仅仅由压电陶瓷体组成，它本身具有只能不利接收的声学特性。作为驻车辅助的用于运行的发射灵敏度和接收灵敏度一般太低并且发射的超声波的辐射特征以及角度分布不适配于识别障碍。在这种现有技术中建议的结构需要在其上固定压电陶瓷的汽车的这个外壁承担有效的角色作为振动膜和/或传播介质空气的适配层，用于由此实现用于作为驻车辅助运行所需的声学特性。但是通过已知的汽车外壁的材料特性相对困难地是，由压电陶瓷和汽车外壁的连接实现所需的声学振动特性。

由JP 10 123236已知电声换能器在汽车部件内侧面上的另一结构。

发明内容

因此本发明的目的是，使一个汽车部件和一个电声的换能器这样安置在后壁装配里面，使得电声换能器可以少费用地装配并且可以保证电声换能器的可靠运行。

这个目的通过按照本发明的系统以及汽车得以实现。

按照本发明第一方面的系统包括一个汽车部件和至少一个电声换能器，该换能器设置在汽车部件外壁的内表面上。所述电声换能器包括一个钵形外壳，在其中设置一个压电的陶瓷体，其中使钵形外壳具有一个底部部位，它固定在汽车部件外壁的内表面上，所述电声换能器可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上，所述电声换能器可以通过一个固定装置固定在外壁的内表面上，所述固定装置组合到汽车部件里面。

通过这种系统一方面可以保证电声换能器的后壁固定并且通过电声换能器的明显扩展结构在这种后壁布置中也保证安全且可靠的运行。

优选使所述压电陶瓷体设置、尤其是粘接在外壳内部的底部部位上。这一点能够实现电声陶瓷体在钵形外壳中的可定位的布置。由此对电声换能器的功能产生积极影响。

优选使所述钵形外壳由一个空心圆柱体构成并且具有一个通到底部部位的圆柱体形侧壁。设置在外壳内部底部部位上的压电陶瓷体在这个实施例中由空心圆柱体形侧壁完全环绕地包围。该圆柱形侧壁优选由均匀封闭的侧壁构成。优选使压电陶瓷体由圆盘构成。由底部部位形式的钵形外壳端面封闭和压电陶瓷盘组成的组合基本形成电声换能器的振动膜。为了实现确定的声学特性可以使钵形外壳的侧壁也向内和/或向外具有壁厚变化的加厚。因此外壳不是强制旋转对称的并且也可以具有例如椭圆或扁圆的形状。

所述钵形外壳以有利地方式在背离底部部位的侧面上敞开地构成。优选使这个外壳在整个横截面上敞开地构成。优选使钵形外壳内部至少部分地以一种材料充满。在此可以规定，使钵形外壳内部以浇铸树脂或泡沫充满。用于接通压电陶瓷体的电信号导线可以在外壳内室中导引并且尤其组合到充满这个内室的材料里面。

所述底部部位优选具有一个比钵形外壳侧壁厚度更薄的厚度。因此这个侧壁的壁厚厚于底部部位的厚度。由此除了机械稳定性以外也可以优化声学耦联。

所述底部部位通过其外表面有利地全表面地顶靠在汽车部件外壁的内表面上。由此特别好地实现固定和声学耦联。

所述电声换能器不可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上。在此可以规定，使电声换能器通过粘接层不可拆卸地固定。作为粘接剂例如可以使用硅胶或聚亚安酯胶。优选通过环氧胶实现不可拆卸的固定。由此一方面可以保证特别好的安置并且通过汽车部件外壁保证明显改善透声性。

也可以规定，使所述电声换能器可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上。通过这个扩展结构在电声换能器失效时可以更快且相对少费用地更换。所述电声换能器可以通过一个固定装置固定在外壁的内表面上。这个固定装置同样可以钵形地构成并且设计成用于容纳电声换能器。在这里也可以规定，使这个固定装置具有一个开孔，穿过它可以导入并定位电声换能器。该固定装置优选至少局部弹性地构成，由此不仅可以保证导入电声换能器而且可以保证事后固定。作为固定装置也可以具有弹性部件或类似部件。也可以设计一个具有定位部件的定位装置。在此可以独立于状况或地点地对于相应的布置使用最佳实现的扩展结构。

所述固定装置可以有利地组合到汽车部件里面。通过这个扩展结构总是可以保证电声换能器的定位准确和正确的布置。由此可以加速装配。尤其是在这个扩展结构中也不再需要在独立的装配步骤中安置固定装置，由此也可以更快地执行装配。尤其是当固定装置至少部分地由塑料构成时，可以使固定装置和同样由塑料构成的汽车部件的至少局部部位由注塑件构成。

在底部部位与外壁的内表面之间可以设置一个非粘接的、弹性的声学耦联层。这个耦联层优选可以非粘接地构成。但是也可以规定，使耦联层至少单面粘接地构成。这个耦联层例如可以由硅、硅胶、硫化弹性体或热固弹性体构成。这些材料能够通过其弹性材料特性实现非常好的形状连接并由此也实现非常好的声学耦联。通过也可以由快卡装置构成的固定装置使电声换能器顶压在优选非粘接的、弹性耦联层上并由此也固定在汽车部件外壁的内表面上。优选使所述声学耦联层具有约0.001mm至约3mm的厚度。这些数值优选对于25mm的电声换能器的示例直径是有利的。

也可以规定，使所述钵形外壳的底部部位仅仅通过双面粘接的声学耦联带可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上。在这个扩展结构中无需附加的固定装置。因此一方面保证底部部位或底部部位的外表面粘接在这个粘接带上，另一方面由此保证固定在外壁的内表面上。作为这种双面粘接的带例如可以使用3M公司VHB型的带。这些粘接带具有非常好的透声性并且还以相对于外部的环境影响、例如非常大的温度变化的高耐用度具有非常好的粘接力。优选使这个双面粘接带的厚度为约0.001mm至约3mm。尽管良好的粘接效果在需要时可以通过侧面翻开换能器、例如借助于辅助工具再解除连接。在这种翻开时强烈的凹痕力作用于粘接连接，它们导致连接的解除。在超声波传感器正常运行时不能产生这种凹痕力，由此通过粘接带保证可靠和持久的固定。

所述钵形外壳优选由金属外壳构成。原则上可以使用各种金属或各种金属合金。优选铝、尤其是铝压铸制成的结构。这一点以相对轻微的重量保证足够的机械稳定性。此外也可以最佳地形成电声换能器的振动膜。

按照本发明的第二方面的系统包括一个汽车部件和至少一个电声换能器、尤其是超声波换能器，该换能器设置在汽车部件外壁的内侧面上。该电声换能器可拆卸地设置在汽车部件外壁的内表面上并且在电声换能器与内表面之间设置一个声学耦联部件。除了尤其是在更换换能器时简单且可逆的装配以外也保证换能器的可靠功能，因为在这个后壁装配时也可以保证最佳的声学传递。

优选使所述电声换能器通过一个固定装置固定在外壁内表面上。可以规定，使固定装置组合到汽车部件里面。

在电声换能器与外壁内表面之间设置非粘接的、弹性的声学耦联层。这个层也可以至少单面粘接地构成。所述声学耦联层优选具有约0.001mm至约3mm的厚度。

也可以规定，所述电声换能器通过双面粘接的声学耦联带可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上。该耦联带的厚度优选为约0.001mm至约3mm。

所述电声换能器包括一个钵形外壳，在其中设置一个压电的陶瓷体，其中使钵形外壳具有一个底部部位，它可拆卸地固定在汽车部件外壁的内表面上。在本发明第一方面所示的电声换能器、尤其是钵形外壳的有利扩展结构在本发明的第二方面也视为有利的实施例。

但是在本发明的第二方面也可以以多种方式构成电声换能器并且不受钵形扩展结构的限制。原则上可以使用所有的换能器结构。因此例如也包括所谓的超声波层式换能器，例如由EP 0425 716 B1所述的那样。

本发明的另一方面基于这种认识，换能器壁厚在圆柱形部位的加大或者换能器在底部部位或换能器正面在相应的边缘区中的附加机械支承起到这个局部部位稳定换能器的作用并因此明显减少板振动的激励。关于板振动要注意下面的问题。在遮盖的安装方式中超声波换能器例如安置在保险杠内部的凹下里面。非遮盖的安装的主要区别在于系统特征方面，与非遮盖安装的区别涉及到，保险杠的塑料材料激励不确定的振动、即所谓的板振动。由此产生声波场，它们由于强烈的干涉不允许对应于驻车辅助需求的目标空间监控。在正常运行方式和非遮盖安装时产生的电机械换能器的边缘振动在常见的换能器中没有重要的作用。当换能器的边缘运动导入到保险杠里面时，产生上述的板振动。它们产生板振动或者说基于许多同相位或反相位的声学有效的偏转。通过本发明的这个方面也可以明显减少板振动的激励并且在遮盖安装时保证使用超声波换能器，其效率最佳地穿过相应的遮盖适配于目标空间监控。

在此方面的一个解决方案规定，相对于钵内径在超声波换能器向后的部位中实现钵壁厚的最小尺寸。同时给出这个比例的上极限，因为从这个比例的确定值开始不期望继续提高效率。钵壁厚与钵内径的比例约为0.2至最大2。

另一解决方案规定，与钵壁间隔的且外部支承的环的壁厚涉及钵的外径。现有的环作为缓冲环，与换能器正面或底部部位平齐地封闭并且与换能器的圆柱形部分同心地平行于换能器设置并且与本身的钵壁具有一个间距。该间距以理想的方式由环缝构成。该环缝具有最大1mm的厚度。缓冲环壁厚与钵外径的比例约为0.1至最大2。

一个有利的扩展结构规定同时使用缓冲环的加厚钵壁。

对于加厚钵壁的措施要注意，对于常见的超声波-弯曲换能器典型的壁厚在圆柱形部位为约1至2mm。它们按照本发明例如加大到20mm或更大。由此能够使换能器在外边缘上具有远为更小的偏转，并明显减少板振动的激励。

使用缓冲环的措施同样使超声波换能器在边缘部位中稳定并由此削弱激励保险杠边缘部位材料中的基极。具有上述壁厚的同心设置的金属环最好由铝制成，由此同样减少在保险杠塑料材料中产生的板振动。位于钵与缓冲环之间的环缝具有最大1mm的厚度并且使两个部件相互去耦联。重要的是，使钵与缓冲环尽可能不仅在膨胀方面而且在时间上去耦联。

中间支承耦联层是特别有利的，因为换能器正面在不同的材料特性方面可以适配于例如保险杠的材料。

优选使汽车通过上述的系统或者其有利的实施例构成。但是换能器可以优选附属于一个司机辅助系统、尤其是驻车辅助系统。通过所述系统也可以使驻车辅助在换能器后壁装配时更精确地发挥功能。

附图说明

下面借助于示意图详细描述本发明的实施例。附图中：

图1以截面图示出按照第一实施例的系统，

图2以截面图示出按照第二实施例的系统，

图3以截面图示出按照第三实施例的系统，

图4以截面图示出按照另一实施例的超声波换能器，它在换能器钵的后面部位中具有更厚的钵壁，

图5示出按照另一实施例的超声波换能器通过轴向去耦联的缓冲环同心地补充，

图6同样以截面图示出按照另一实施例的超声波换能器，它不仅具有加厚钵壁而且通过一个轴向去耦联的缓冲环同心地补充，

图7示出一个超声波换能器，它具有相应薄壁的超声波换能器钵，由该超声波换能器研制出图4的超声波换能器，

图8示出一个超声波换能器与角度有关的辐射特征，具有按照图4的加大的壁厚，

图9示出一个超声波换能器的与角度有关的辐射特征，具有按照图5的缓冲环。

具体实施方式

图1以示意横截面图示出一个保险杠1，它具有一个外壁1a。该外壁1a具有一个外表面1b，它指向汽车的周围。此外该外壁1a包括一个内表面1c，在其上设置一个超声波换能器2。该超声波换能器2包括一个钵形外壳2a，它在横截面图中为U形。钵形外壳2a由铝压铸件构成并且包括一个底部部位21以及一个圆柱形侧壁22。该底部部位21的厚度(在x向上的伸展)远小于圆柱形侧壁22的厚度(在y向上的伸展)。

在底部部位21的内表面21a上粘接一个压电陶瓷体23。如同看到的那样，这个压电陶瓷体23在y向上只部分地在底部部位21的内表面21a的整个内表面上延伸。也可以规定，这样设计整个压电陶瓷体23的尺寸，使得它们在整个内表面21a的整个表面上延伸。钵形外壳2a的内部部位以填充物质充满，该填充物质在本实施例中是浇铸树脂24。钵形外壳2a在其背离底部部位21的侧面上完全敞开地构成，其中空心圆柱形侧壁22基本直线形地在x向上延伸。到压电陶瓷体23的电导线25和26穿过浇铸树脂24导引。所述超声波换能器2与保险杠1的整个外壁1a的内表面1c不可拆卸地连接。为此构成一个粘接层3，通过它使钵形外壳2a并由此也使整个超声波换能器通过其底部部位21全平面地粘接在整个内表面1c上。

在图2中示出另一实施例，在该实施例中同样示出保险杠1和超声波换能器2系统的截面图。与按照图1的实施例不同，在这个实施例中超声波换能器2可拆卸地固定在保险杠1外壁1a的内表面1c上。为此使钵形外壳2a的底部部位21通过双面粘接的、声学耦联带4设置在内表面1c上。在这里底部部位21或其外表面全平面地粘接在粘接的耦联带4上并且通过这个耦联带固定在内表面1c上。

按照另一扩展结构在图3中示出一个横截面图，其中超声波换能器2通过一个固定装置定位稳定地相对于外壁1a固定。为此使固定卡箍11和12与这个外壁1a一体地构成。这些固定卡箍11和12在其自由端上以角度构成并且包括固定钩11a和12a。它们顶靠在圆柱形侧壁22上并且使超声波换能器2顶压在内表面1c上。在底部部位21与内表面1c中间构成一个非粘接的、弹性的声学耦联层5，它在本实施例中在面积上比底部部位21外表面的面积更大地构成。耦联层5也可以在面积上相同地或者比底部部位21外表面面积更小地构成。

在图1至3中解释的系统不仅可以设置在汽车前保险杠里面而且可以设置在后保险杠里面里面。超声波换能器2附属于司机辅助系统、尤其是驻车辅助系统。所示的超声波换能器2要装配在汽车外壁上，换能器一般可以与汽车外壁无关地事先加工并事先检验。对于这种驻车辅助系统所需的声学特性首先是满足灵敏性和辐射特征。在此特别有利的是，使这些特性尽可能与外壁1a的声学特性无关。因此在这个外壁1a上对振动能力无需特殊要求，唯一是必需给出所需的透声性。但是透声性在通常的外壁中存在，至少当在超声波换能器2的装配位置相应地构成壁厚的时候。为此例如可以在这个外壁1a上构成薄壁的空隙。因此外壁1a在安置超声波换能器2的部位更薄地构成。

在所有实施例中钵形外壳2a远大于压电陶瓷体23。压电陶瓷体23在其外露的表面上完全由浇铸树脂24包围，它完全充满外壳2a内室。

在按照图2和3的可拆卸地固定超声波换能器2的实施例中也可以使用所有其它换能器原理。尤其是例如也可以使电声层式换能器可拆卸地安置在外壁内表面上。

在图4至9中相同的或功能相同的部件配有相同的标记符号。

为了解释另一实施例首先从图7开始，它示出一个超声波换能器，它部分地安置在保险杠1下部的空隙里面。在最好由塑料制成的保险杠1上以与超声波换能器相同的直径具有一个耦联层3，它一面良好地粘附在保险杠1上，另一面良好粘附在底部部位或换能器正面5上。该换能器正面5在内侧具有压电陶瓷体6或压电陶瓷6，它与换能器正面5共同表示一个弯曲换能器。超声波换能器本身除了换能器正面和压电陶瓷以外由空心圆柱形空心管组成，它在前端通过换能器正面单面封闭。在背面超声波换能器通过填充物质7充满。填充物质7通常不接触压电陶瓷。其它在图7中给出的标记符号表示钵内径13、钵外径14、钵壁4、钵壁厚度12。

图4示出对应于图7的结构，其中钵壁厚度12通过加厚壁8远为加大。因此钵壁具有0.2至2倍于钵内径13的厚度。耦联层3具有延展，它在保险杠1或塑料层2的整个换能器正面5上延续。在保险杠1中存在的在加大的钵壁与空隙的环绕壁之间的环缝9作为振动去耦联，其中加宽的钵壁提供足够的机械稳定性。因此图4示出一个用于遮盖安装的超声波换能器，一方面由具有圆柱形钵壁4和端部封闭的U形钵组成，端部封闭形成底部部位或换能器正面5，其中对置的端部以填充物质7充满，另一方面由平面地安置在换能器正面内表面上的电机械换能器(压电陶瓷6)组成，用于构成具有换能器正面的超声波弯曲换能器，其中换能器正面的外表面耦联在前面遮盖超声波换能器的层上，圆柱形钵壁的厚度12与钵内径13的比例为：钵壁厚/钵内径＝约0.2至2。

图5以截面图示出对应于遮盖安装的超声波换能器的另一实施例或可选择的解决方案，具有一个缓冲环11。在这种情况下耦联层3仍然一直延展到从属于换能器的缓冲环11的最外边缘。在图5的视图中不存在在图1中可以看到的环缝9，因为机械稳定性很重要并且缓冲环11的外圆周与超声波弯曲换能器的间距足够大。这样设计缓冲环壁的厚度15，使它保持如下比例：环壁厚/钵外径14＝0.1至2。因此图5示出一个用于遮盖安装的超声波换能器，一方面由具有圆柱形钵壁4和端部封闭的U形钵组成，端部封闭形成底部部位或换能器正面5，其中对置的端部以填充物质7充满，另一方面由平面地安置在换能器正面内表面上的电机械换能器(压电陶瓷6)组成，用于构成具有换能器正面的超声波弯曲换能器，其中换能器正面的外表面耦联在前面遮盖超声波换能器的层上，存在一个同心地包围空心圆柱形钵壁4的并且通过一个环缝10间隔的缓冲环，它与换能器正面5平齐地封闭，该缓冲环11的壁厚15与钵外径的比例为：缓冲环壁厚/钵外径＝约0.1至2。

参照对应于图6的视图可以看到，加厚的钵壁4通过一个给出的以钵内径13为基础的系数有意义地计算。为了避免相切，通过以钵外径14尺寸为基础的系数、即考虑到加大或加厚的钵壁计算缓冲环11的厚度15。因此总体上可以得到超声波换能器的外尺寸，它们位于20mm以上。因此图6示出一个使上述两个解决方案组合的超声波换能器。

通过本发明的上述措施按照图8和9给出通过模型计算建立的改善与角度有关的在超声波换能器辐射特性中的声压均匀性。这个特性已经在通过麦克风测量时试验地使用，其中尤其可以看到使用缓冲环的优点。换能器特性在遮盖安装时所达到的很大程度的重复性已经极大地接近在不遮盖安装时的系统特性。总之使用按照本发明的超声波换能器在板振动方面的缓冲特性。

没有对换能器进行稳定化地转变到遮盖安装的超声波换能器导致不仅在图5而且在图6中非常不均匀的具有多个最大和多个最小的图形。因此没有均匀的目标空间覆盖。

转变到具有6mm超声波换能器钵壁厚的遮盖安装对应于图8产生一个具有明显弱化的最大和最小结构的曲线图，它显示出极大地改善声压与角度有关的均匀性。

对应于图9示出结果，它再现超声波换能器的遮盖安装，该换能器通过4mm厚的缓冲环包围。对应于不遮盖安装以及2mm壁厚遮盖安装的图形与图8的图形一致。具有遮盖安装和4mm缓冲环的超声波换能器产生一个图形，它同样具有一个更小的最大和最小的曲线，由此根据声压曲线可以确定尽可能均匀地与角度无关地覆盖目标空间。

因此图8示出放大壁厚的作用，图9示出缓冲环在声压在无线场中声压的角度关系。

最后要指出，也可以使图1，2或3的实施例与按照图4，5，6的实施例组合。

Claims (14)

1.具有汽车部件(1)和至少一个电声换能器(2)的系统，该电声换能器设置在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上，其特征在于，所述电声换能器(2)包括一个钵形外壳(2a)，在其中设置一个压电陶瓷体(23)，其中钵形外壳(2a)具有一个底部部位(21)，它固定在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上，所述电声换能器(2)可拆卸地通过一个固定装置(11，12)设置在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上，所述固定装置(11，12)组合到汽车部件(1)里面。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压电陶瓷体(23)设置在钵形外壳(2a)内部的底部部位(21)上。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钵形外壳(2a)具有一个空心圆柱形侧壁(22)。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压电陶瓷体(23)由圆盘构成。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钵形外壳(2a)在背离底部部位(21)的侧面上敞开地构成。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述底部部位(21)具有一个比钵形外壳(2a)侧壁(22)厚度更薄的厚度。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，设置在底部部位(21)上的压电陶瓷体(23)在其外露的表面上由填充材料(24)包围，它至少部分地充满钵形外壳(2a)。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述底部部位(21)全表面地固定在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在底部部位(21)与外壁(1a)的内表面(1c)之间设置一个非粘接的、弹性的声学耦联层(5)。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述声学耦联层(5)具有约0.001mm至约3mm的厚度。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述底部部位(21)通过双面粘接的声学耦联带(4)可拆卸地固定在汽车部件(1)外壁(1a)的内表面(1c)上。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述声学耦联带(4)的厚度为约0.001mm至约3mm。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电声换能器是超声波换能器。

14.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述压电陶瓷体(23)粘接在钵形外壳(2a)内部的底部部位(21)上。

Images