CN110612458A - 超声波传感器装置以及障碍物检测装置 - Google Patents

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CN110612458A CN201780090571.0A CN201780090571A CN110612458A CN 110612458 A CN110612458 A CN 110612458A CN 201780090571 A CN201780090571 A CN 201780090571A CN 110612458 A CN110612458 A CN 110612458A
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西冈泰弘
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Abstract

安装部件(1)具有贯通孔(11)。超声波传感器(2)以超声波传感器(2)的放射面(22)从安装部件(1)的贯通孔(11)露出的方式固定于安装部件(1)。振动传播防止层(3)介于超声波传感器(2)的侧面的整周与安装部件(1)的贯通孔(11)的壁面之间。振动板(41)和(42)设置于经过超声波传感器(2)的放射面(22)的中心点且与放射面(22)平行的水平面上的第1直线以及与该第1直线垂直相交的第2直线中的任意一方的直线上，将超声波传感器(2)的放射面(22)和安装部件(1)连接起来。

Description

超声波传感器装置以及障碍物检测装置
技术领域
本发明涉及具备超声波传感器的超声波传感器装置以及障碍物检测装置，特别涉及在一个方向上具有宽指向特性、在与该一个方向垂直的另一个方向上具有窄指向特性的超声波传感器装置以及障碍物检测装置。
背景技术
作为超声波传感器，已知有使用了压电元件的超声波传感器。该超声波传感器被用于通过向空气中发送超声波并接收被障碍物等反射的超声波来检测障碍物的障碍物检测装置。
例如被用作如下的障碍物检测装置：其搭载于汽车等车辆，即嵌入该车辆的保险杠等中，对该车辆周边的障碍物进行检测。
在这样的障碍物检测装置中，需要可靠地检测出成为车辆的移动障碍的车辆周边的障碍物并且不检测不妨碍车辆的移动的路面等。因此，希望将超声波传感器的指向特性设为水平方向为宽指向特性，垂直方向为窄指向特性。
因此，作为用于搭载于车辆的障碍物检测装置、在水平方向和垂直方向上具有不同的指向特性的超声波传感器装置，提出了专利文献1所示的超声波传感器装置。
该专利文献1所示的超声波传感器装置是如下的超声波换能器，其通过在设有在一个方向上较长、在另一个方向上较短的挖入部的有底筒状壳体的底面内部粘贴压电元件而构成压电单晶片振子(unimorph vibrator)。超声波的发送、接收在有底筒状壳体的外侧面进行。在有底筒状壳体的较短的一侧的侧面设置有不超过该宽度的开口部，使指向性变窄。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-345271号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所示的超声波传感器装置的有底筒状壳体是由由铝材等构成的金属形成的。一般通过锻造加工或切削加工等在该有底筒状壳体上形成挖入部以及开口部。
然而，为了控制指向特性，挖入部以及开口部的尺寸精度很重要，存在需要进行特别加工的问题点。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于获得一种无需实施特别加工且在与一个方向垂直的另一个方向上具有比该一个方向上的指向特性窄的指向特性的超声波传感器装置以及障碍物检测装置。
用于解决课题的手段
本发明的超声波传感器装置具备以放射面从具有贯通孔的安装部件的贯通孔露出并且在侧面的整周与安装部件的贯通孔的壁面之间隔着振动传播防止层的方式固定于安装部件的超声波传感器，连接该超声波传感器的放射面和安装部件的振动板设置在经过超声波传感器的放射面的中心点且处于与所述放射面平行的水平面上的第1直线和与该第1直线垂直相交的第2直线中的任意一方的直线上。
发明效果
本发明起到不需要实施特别加工就能够得到在与一个方向垂直的另一个方向上具有比该一个方向上的指向特性窄的指向特性的超声波传感器装置的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的超声波传感器装置以及障碍物检测装置的概要结构的俯视图。
图2是沿图1所示的II-II线的剖视图。
图3是示出图1所示的I-I线上以及II-II线上的振动位移的特性图。
图4是示出实施方式1中的归一化放射声压的特性图。
图5是示出本发明的实施方式2的超声波传感器装置以及障碍物检测装置的概要结构的俯视图。
图6是示出本发明的实施方式3的超声波传感器装置以及障碍物检测装置的概要结构的俯视图。
图7是沿图6所示的II-II线的剖视图。
图8是示出本发明的实施方式4的超声波传感器装置以及障碍物检测装置的概要结构的剖视图。
图9是示出本发明的实施方式5的超声波传感器装置以及障碍物检测装置的概要结构的剖视图。
具体实施方式
实施方式1.
根据图1和图2对本发明的实施方式1的超声波传感器装置以及障碍物检测装置进行说明。
超声波传感器装置具备安装部件1、超声波传感器2、振动传播防止层3、振动板41和42。该超声波传感器装置在搭载于汽车等车辆、即嵌入设置于车辆的保险杠等中进行使用的情况下，作为检测车辆周边的障碍物的障碍物检测装置发挥功能。
在作为障碍物检测装置发挥功能的情况下，原则上也将超声波传感器装置用作检测车辆周边的障碍物的传感器。因此，以下，以超声波传感器装置为中心进行说明。
在安装部件1上形成有平面形状为矩形的贯通孔11。安装部件1由树脂成型。贯通孔11的平面形状为正方形。另外，在用作检测车辆周边的障碍物的障碍物检测装置的情况下，由于要将安装部件1安装于车辆的保险杠，因此利用与构成保险杠的部件不同的部件构成安装部件1。此外，也可以将车辆的保险杠的一部分作为安装部件1，在保险杠的一部分形成贯通孔11。
超声波传感器2是使用了压电元件的传感器。超声波传感器2为正面具有放射超声波的放射面22的圆筒状。超声波传感器2具备：圆筒状的主体壳体21，其正面具有放射超声波的放射面22；和压电元件，其组装于该主体壳体21的内部。超声波传感器2不具有各向异性的指向特性，即，来自放射面22的超声波的放射在放射面22的全部半径方向上具有相同的指向特性。当该超声波传感器2从未图示的发送电路被施加电信号时，超声波传感器2的放射面22与所施加的电信号对应地振动，放射超声波。从发送电路施加的电信号是脉冲突发电信号。当在超声波的放射方向上存在障碍物的情况下，所放射的超声波被障碍物反射，超声波的一部分返回到相同的超声波传感器2。通过接收从障碍物反射的超声波来检测障碍物。
另外，假定检测车辆周边的障碍物的障碍物检测装置，并对检测障碍物的内容进行了说明，但是，也可以不用于检测障碍物，而用于检测目标物的用途。
超声波传感器2以超声波传感器2的放射面22从安装部件1的贯通孔11露出并且在圆筒状的主体壳体21的侧面的整周与安装部件1的贯通孔11的壁面之间隔着振动传播防止层3的方式固定于安装部件1。
在本实施方式1中，超声波传感器2的正面侧的端部从安装部件1的背面插入安装部件1的贯通孔11中，通过未图示的固定结构被固定于安装部件1。如图2所示，超声波传感器2在安装部件1的贯通孔11中的插入部分是包含放射面22的正面侧的端部。超声波传感器2的固定于安装部件1的固定位置是使得超声波传感器2的放射面22的中心点O与安装部件1的贯通孔11的中心点一致的位置。
此外，振动传播防止层3是形成在圆筒状的超声波传感器2的侧面的整个周围与安装部件1的贯通孔11的壁面之间的空隙。
振动板41和42配置在经过超声波传感器2的放射面22的中心点O并与所述放射面平行的水平面上的第2直线、图示的II-II线上。在作为检测车辆周边的障碍物的障碍物检测装置使用的情况下，该第2直线是表示垂直方向的直线，是与安装部件1的下边垂直的线。在本实施方式1中，将振动板41和42配置在第2直线上，但是，根据用途的不同，也可以配置在与第2直线垂直相交的第1直线、图示的I-I线上。总之，振动板41和42配置在第2直线II-II线和第1直线I-I线中的任意一方的直线上，而不配置在另一方的直线上。即，在第1直线I-I线上的超声波传感器2的侧面与安装部件1的贯通孔11的壁面之间仅介入有作为振动传播防止层3的空隙。
振动板41位于图1中的上侧，在第2直线II-II线上，从安装部件1朝向贯通孔11的中心点直线延伸而形成。即，振动板41与树脂的安装部件1一体成型。振动板41的正面形成为与安装部件1的正面共面，厚度低于安装部件1的厚度的1/2。此外，长度是使得前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部相接的长度。振动板41的前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部连接。由此，超声波传感器2的放射面22处的振动传播至振动板41，进而传播至安装部件1。
振动板42位于图1中的下侧，与振动板41相对而成对。振动板42在第2直线II-II线上从安装部件1朝向贯通孔11的中心点直线延伸而形成。即，振动板41与树脂的安装部件1一体成型。振动板42的正面形成为与安装部件1的正面共面，厚度低于安装部件1的厚度的1/2。此外，长度是使得前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部相接的长度。振动板41的前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部连接。由此，超声波传感器2的放射面22处的振动传播至振动板41，进而传播至安装部件1。
接下来，对实施方式1的超声波传感器装置的动作进行说明。
当从发送电路对超声波传感器2施加电信号时，超声波传感器2的放射面22振动，由于该振动而使空气振动，放射超声波。由于超声波传感器2的放射面22经由振动板41和42与安装部件1连接，因此将超声波传感器2的放射面22处的振动传播至振动板41和42，进而传播至安装部件1。
其结果是，超声波从超声波传感器2的放射面22、振动板41和42以及安装部件1被放射。
因此，在沿设置有振动板41以及振动板42的第2直线II-II线的第2方向上，超声波传感器2的放射面22的振动经由振动板41和42传播至安装部件1，因此，由于超声波传感器2的放射面22的振动、振动板41和42的振动以及安装部件1的振动而产生超声波，分别被合成、放射。
另一方面，在沿不存在振动板的第1直线I-I线的第1方向上，由于超声波传感器2的放射面22的振动和安装部件1的振动而放射超声波。但是，放射超声波传感器2的振动起支配作用的超声波。
即，在不存在振动板41的第1方向上，相对于设置有振动板41以及振动板42的第2方向，难以将超声波传感器2的放射面22的振动传播至安装部件1，因此，安装部件1中的振动的分布在第2方向和第1方向上是不同的。
总之，由于在第2方向和第1方向上成为超声波的激励源的振动不同，因此，本实施方式1中的超声波传感器装置在第2方向和第1方向上放射具有不同的指向特性的超声波。
这时的第2直线II-II线上和第1直线I-I线上的振动位移如图3所示。在图3中，横轴表示安装部件1以及振动板41和42在正面的位置[mm]，纵轴表示振动位移[μm]，由实线示出的曲线A表示驱动超声波传感器2时的安装部件1以及振动板41和42的正面处的第2直线II-II线上的振动位移计算结果，由虚线示出的曲线B表示驱动超声波传感器2时的安装部件1的正面处的第1直线I-I线上的振动位移计算结果。由横轴示出的原点0表示超声波传感器2的放射面22上的中心点O的位置。另外，超声波传感器2的放射面22上的振动位移未图示。
根据该图3也可以理解，由于通过驱动超声波传感器2而产生的放射面22的振动经由振动板41和42传播至安装部件1，因此安装部件1也振动。但是，在第2直线II-II线上和第1直线I-I线上，振动位移的分布不同。由于超声波传感器2的放射面22上的振动经由振动板41和42传播至安装部件1，因此，存在振动板41和42的第2方向与不存在振动板的第1方向上的传播方式不同，因此振动位移的分布情况也不同。
接下来，使用图4对本实施方式1的超声波传感器装置的指向特性进行说明。在图4中，横轴表示以超声波传感器2为基准的放射超声波的角度[deg]，纵轴表示以最大值进行归一化而得到的归一化放射声压，由实线示出的曲线A表示第2方向上的通过计算求出的指向特性，由虚线示出的曲线B表示第1方向上的通过计算求出的指向特性。
根据该图4也可以理解，由曲线A示出的第2方向的指向特性与由曲线B示出的第1方向的指向特性不同。在第2方向上，由于在超声波传感器2的放射面22、振动板41和42以及安装部件1的较大范围内振动，因此指向特性变窄。另一方面，在第1方向上，超声波传感器2的放射面22的振动起支配作用，振动范围狭窄，因此指向特性变宽。
总之，本实施方式1的超声波传感器装置能够使用第1方向以及第2方向的指向特性相同的超声波传感器2，获得第2方向上的指向特性比第1方向上的指向特性窄的指向特性。即，第1方向示出宽指向特性，第2方向示出窄指向特性。
接下来，对将这样构成的超声波传感器装置用作检测车辆周边的障碍物的障碍物检测装置的情况进行说明。该情况下，以使得第2方向成为垂直方向、第1方向成为水平方向的方式将超声波传感器装置嵌入并设置在车辆的保险杠等中。
其结果是，障碍物检测装置成为在水平方向上示出宽指向特性、在垂直方向上示出窄指向特性的检测系统。
因此，由于水平方向是宽指向特性，因此能够可靠地检测成为车辆的移动障碍的车辆周边的障碍物。此外，由于垂直方向是窄指向特性，因此不检测不成为移动的障碍的路面等。
总之，正面灵敏度好，能够检测长距离，并且能够防止在检测长距离的情况下由于地面等引起的误检测。能够没有误动作地以较高的可靠性实现从长距离到近距离的稳定的障碍物检测。
如以上叙述的那样，在本实施方式1的超声波传感器装置中，具有如下的效果：超声波传感器以放射面从具有贯通孔的安装部件的贯通孔露出并且在侧面的整周与安装部件的贯通孔的壁面之间隔着振动传播防止层的方式固定于安装部件，将连接超声波传感器的放射面和安装部件的振动板设置在经过超声波传感器的放射面的中心点并与放射面平行的水平面上的第1直线以及与该第1直线垂直相交的第2直线中的任意一方的直线上，因此，能够使设置有振动板的一方的方向相对于不存在振动板的另一方的方向指向特性变窄。
此外，由于振动板41和42与超声波传感器2的放射面22连接，因此还具有能够防止超声波传感器2从安装部件1的正面飞出的效果。
并且，还具有通过使超声波传感器2的放射面22上的中心点O与安装部件1的贯通孔11中的中心点一致而将超声波传感器2从安装部件1的背面侧插入贯通孔11，从而将超声波传感器2固定于安装部件1这样的无需实施特别加工的简单的方法，就能够高精度地在第1方向上获得宽指向特性，在第2方向上获得窄指向特性的效果。
此外，在本实施方式1的障碍物检测装置中，具有如下的效果：由于水平方向示出宽指向特性，垂直方向示出窄指向特性，因此，能够可靠地检测成为车辆的移动障碍的车辆周边的障碍物，并且不检测不成为移动障碍的路面等，能够没有误动作地以较高的可靠性实现从长距离到近距离的稳定的障碍物检测。
实施方式2.
根据图5对本发明的实施方式2的超声波传感器装置以及障碍物检测装置进行说明。
本实施方式2相对于实施方式1，实施方式1的安装部件1在贯通孔11中的形状为矩形，与此相对，在实施方式2中，将安装部件1在贯通孔12中的形状形成为圆形这一点有所不同。其它方面是相同的。
在这样构成的实施方式2中，也能够获得与实施方式1相同的效果。
另外，在图5中，与图1和图2相同的标号表示相同或相当的部分。
此外，安装部件1在贯通孔12中的形状不限于圆形，也可以是八边形等多边形。另外，在多边形中，也是成为点对称的形状较好。
实施方式3.
根据图6和图7对本发明的实施方式3的超声波传感器装置以及障碍物检测装置进行说明。
本实施方式3相对于实施方式1，实施方式1将振动传播防止层3设为形成在超声波传感器2的侧面与安装部件1的贯通孔11的壁面之间的空隙，与此相对，在实施方式3中，在该空隙中插入由相比振动板41和42难以传播超声波的材料构成的部件而形成振动传播防止层31这一点有所不同。其它方面是相同的。
另外，在图6和图7中，与图1和图2相同的标号表示相同或相当的部分。
振动传播防止层31只要是相比振动板41和42难以传播超声波的材料即可，可以是与安装部件1不同的树脂。即，只要使超声波传感器2的放射面的振动不从振动板41和42以外传播至安装部件1即可，振动传播防止层31只要是相比振动板41和42超声波难以传播的材料即可。
在这样构成的实施方式3中，也能够获得与实施方式1相同的效果。
进而，通过构成为振动传播防止层31紧密贴合于超声波传感器2的侧面与安装部件1的贯通孔11的壁面之间的结构，由此能够利用振动传播防止层3来进行超声波传感器2向安装部件1的固定，不需要其它的固定结构。
实施方式4.
根据图8对本发明的实施方式4的超声波传感器装置以及障碍物检测装置进行说明。
本实施方式4相对于实施方式1，实施方式1通过将振动板41和42与安装部件1一体成型而形成，与此相对，在实施方式4中，利用与安装部件1不同的部件来设置振动板43和44这一点有所不同。其它方面是相同的。
另外，在图8中，与图1和图2相同的标号表示相同或相当的部分。
使振动板43和44的正面与安装部件1的正面共面，在一端面与安装部件1结合。厚度低于安装部件1的厚度的1/2。位于另一端面侧的前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部连接。由此，将超声波传感器2的放射面22处的振动传播至振动板43和44，进而传播至安装部件1。振动板43和44的材料只要是传播超声波的材料即可，可以是金属或与安装部件1不同的树脂。
在这样构成的实施方式4中，也能够获得与实施方式1相同的效果。
实施方式5.
根据图9对本发明的实施方式5的超声波传感器装置以及障碍物检测装置进行说明。
本实施方式5相对于实施方式4，实施方式4是将振动板43和44构成为其正面与安装部件1的正面共面且在一端面与安装部件1结合的结构，与此相对，实施方式5的不同之处在于，构成为振动板45和46的后端部的背面与安装部件1的正面结合的结构。其它方面是相同的。
另外，在图9中，与图1和图2相同的标号表示相同或相当的部分。
振动板45和46的厚度低于安装部件1的厚度的1/2。振动板45和46的前端部与超声波传感器2的放射面22的边缘部连接。由此，超声波传感器2的放射面22处的振动传播至振动板45和46，进而传播至安装部件1。振动板45和46的材料只要是传播超声波的材料即可，可以是与安装部件1相同的树脂或金属或与安装部件1不同的树脂。
在这样构成的实施方式5中，也能够获得与实施方式1相同的效果。
另外，本发明能够在其发明范围内进行各实施方式的自由组合或各实施方式的任意构成要素的变形、或在各实施方式中省略任意的构成要素。
标号说明
1：安装部件；11，12：贯通孔；2：超声波传感器；21：主体壳体；22：放射面；3，31：振动传播防止层；41～46：振动板。

Claims (13)

1.一种超声波传感器装置，其中，该超声波传感器装置具备：
安装部件，其具有贯通孔；
超声波传感器，其具有侧面和放射超声波的放射面，以该放射面从所述安装部件的贯通孔露出并且在所述侧面的整周与所述安装部件的贯通孔的壁面之间隔着振动传播防止层的方式固定于所述安装部件；以及
振动板，其设置在第1直线和与该第1直线垂直相交的第2直线中的任意一方的直线上，将所述超声波传感器的放射面和所述安装部件连接起来，所述第1直线和所述第2直线经过所述超声波传感器的放射面的中心点且处于与所述放射面平行的水平面上。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述超声波传感器为正面具有放射面的圆筒状。
3.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述超声波传感器的正面侧的端部被插入于所述安装部件的贯通孔中。
4.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述安装部件的贯通孔的平面形状为矩形。
5.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述安装部件的贯通孔的平面形状为圆形。
6.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述振动传播防止层是形成在所述超声波传感器的侧面与所述安装部件的贯通孔的壁面之间的空隙。
7.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述振动传播防止层是由被插入于所述超声波传感器的侧面与所述安装部件的贯通孔的壁面之间的、相比所述振动板难以传播超声波的树脂材料构成的层。
8.根据权利要求1所述的超声波传感器装置，其特征在于，
所述振动板与所述安装部件形成为一体。
9.一种障碍物检测装置，其中，该障碍物检测装置具备：
安装部件，其具有贯通孔；
使用了压电元件的超声波传感器，其具有侧面和放射超声波的放射面，以该放射面从所述安装部件的贯通孔露出并且在所述侧面的整周与所述安装部件的贯通孔的壁面之间隔着振动传播防止层的方式固定于所述安装部件；以及
振动板，其设置在第1直线和与该第1直线垂直相交的第2直线中的任意一方的直线上，将所述超声波传感器的放射面和所述安装部件连接起来，所述第1直线和所述第2直线经过所述超声波传感器的放射面的中心点且处于与所述放射面平行的水平面上。
10.根据权利要求9所述的障碍物检测装置，其特征在于，
所述超声波传感器为正面具有放射面的圆筒状。
11.根据权利要求9所述的障碍物检测装置，其特征在于，
所述超声波传感器的正面侧的端部被插入于所述安装部件的贯通孔中。
12.根据权利要求9所述的障碍物检测装置，其特征在于，
所述振动传播防止层是形成在所述超声波传感器的侧面与所述安装部件的贯通孔的壁面之间的空隙。
13.根据权利要求9所述的障碍物检测装置，其特征在于，
所述振动传播防止层是由被插入于所述超声波传感器的侧面与所述安装部件的贯通孔的壁面之间的树脂材料构成的层。
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