CN1908696A - 超声波对象检测器 - Google Patents

Abstract

一种对象检测器能够可靠地检测位于车辆周围的对象。缓冲器和壳体底面部分的厚度选择为不大于由压电振动器产生的超声波的二分之一波长。这抑制了通过缓冲器和壳体底面部分的超声波反射，并且提高了超声波传播效率，使可靠地检测位于车辆周围的对象成为可能。

Description

超声波对象检测器

技术领域

本发明涉及一种用于检测附近对象的超声波对象检测器。

背景技术

迄今为止，已知存在一种用于检测存在于车辆周围的附近对象的装置。US 6,318,774(国际专利公开No.2001-527480A)公开了一种装置，其中车辆缓冲器被穿孔，并且超声波传感器插入到该孔中使得传感器的头部与缓冲器的外表面齐平。然而，利用该装置，超声波传感器的头部为暴露的，破坏了车辆的外观。

为了解决该问题，JP-A-10-123236公开了一种装置，其中车辆缓冲器的背面形成有凹槽部分，并且超声波传感器装入凹槽部分中而不允许从外面看到装置本身从而有利地保持车辆外观。然而，根据这个装置，超声波传感器在其装入位于车辆缓冲器背面上的凹槽部分中的时候工作。即，超声波传感器通过车辆缓冲器壁发送和接收超声波，因此，超声波传播效率降低、灵敏度减弱。

发明内容

本发明考虑到上述问题而实现，并且本发明的目的在于提供一种能够可靠地检测存在于其周围的对象的超声波对象检测器。

根据本发明的一个方面，超声波对象检测器具有超声波传感器，所述超声波传感器具有压电振动器。该压电振动器安装在壁构件上。因此，由压电振动器产生的超声波从超声波传感器通过壁构件发射，并且外部反射的超声波通过壁构件由压电振动器接收。壁构件的厚度小于由压电振动器发送和接收的超声波的1/2波长。

附图说明

本发明的上述及其它目的、特征和优点从下面参照附图所做的详细说明中将变得更加明显。附图中：

图1为显示了根据本发明第一实施例的对象检测器的示意图；

图2为安装有第一实施例中的对象检测器的超声波传感器的缓冲器从其正面观察的前视图；

图3为显示了根据本发明第二实施例的对象检测器的示意图；

图4为显示了根据本发明第三实施例的对象检测器的示意图；

图5为显示了在安装有横截面为矩形的灵敏度调节元件的情形下，从缓冲器正面的角度观察，安装有超声波传感器的缓冲器的前视图；

图6为显示了对象检测器的示意图，其设置有截锥形的灵敏度调节元件；

图7为显示了在安装有截锥形灵敏度调节元件的情形下，从缓冲器正面的角度观察，安装有超声波传感器的缓冲器的前视图；

图8为显示了根据本发明第四实施例的对象检测器的示意图；

图9为显示了根据本发明第五实施例的对象检测器的示意图；以及

图10A和10B为显示了与超声波传感器轴向长度及其剖面面积相对应的发射灵敏度和接收灵敏度。

具体实施方式

(第一实施例)

根据图1和2中显示的第一实施例，超声波对象检测器构造为具有超声波传感器，其包括压电振动器2，导线3，减振器4，吸音构件5和圆柱形壳体6。对象检测器还包括电子控制电路8。超声波传感器安装为与车辆缓冲器1的壁部背面相接触。缓冲器1的壁部构成车辆外部轮廓的一部分。因此，超声波传感器隐藏在缓冲器1中，并且不暴露到缓冲器1的外面。

压电振动器2为通过压力烧制(press-firing)诸如钛酸钡的金属氧化物粉末制成的压电陶瓷，并且其设置在壳体6的底面部分7上。当从控制电路8的导线3施加脉冲电压时，压电振动器2经受由于介质极化而引起的变形并且沿壳体6的轴向的厚度方向，即，从缓冲器的背面朝向正面振动以产生超声波。所产生的超声波经壳体6的底面部分7传播到缓冲器1并且从缓冲器1发射到车辆外面。

另外，当通过缓冲器1和壳体6的底面部分7接收超声波时，压电振动器2由于压电效应形成脉冲信号并且通过导线3将它们输出到控制电路8。压电振动器2可以由诸如石英或罗谢尔盐(Rochelle salt)的材料制成。缓冲器1可以由诸如聚丙烯或聚氨脂的树脂制成。

减振器4可以由例如硅橡胶制成，所述硅橡胶吸收伴随车辆行进所产生的振动。所述振动可以通过使用例如聚苯乙烯等材料而吸收。

吸音构件5由例如硅酮海绵制成，所述硅酮海绵吸收发射到压电振动器2背面的超声波。所述超声波可以通过使用例如棉吸收。壳体6通过使用例如塑性材料构造并且如此安装使得其底面部分7与缓冲器1的背面相接触。壳体6可以通过使用例如PET等材料制成。

在该实施例中，特别是，缓冲器1和壳体6的底面部分7具有厚度T，其不大于二分之一的(即，小于)由压电振动器2产生的超声波的波长λ。当缓冲器1和壳体6的底面部分7的厚度变为不小于超声波的二分之一波长λ时，对于由压电振动器2发送和接收的超声波来说，缓冲器1和壳体6的底面部分7的发射系数降低；即，反射系数增大，传播效率下降。通过将缓冲器1和壳体的底面部分7的厚度选择为小于由压电振动器2产生的超声波的波长λ的二分之一，抑制了通过缓冲器1和壳体6的底面部分7的超声波反射，从而提高了超声波传播效率。

控制电路8通过使用计算机而构造并且每隔一定时间将脉冲信号输出给导线3。控制电路8具有内定时器(未显示)，其每当脉冲信号输出时复位。当由外部对象反射的脉冲信号在所述脉冲信号已经输出到导线3上之后从导线3接收时，控制电路8根据由定时器测量的时间，即，根据在最后一次中超声波发射之后所过去的时间来计算与存在于车辆周围的所述对象的距离。

在该对象检测器中，缓冲器1和壳体6的底面部分7的厚度选择为不大于由压电振动器2产生的超声波的波长λ的二分之一。这抑制了通过缓冲器1和壳体6的底面部分7的超声波反射，并且提高了超声波传播效率，使可靠地检测位于车辆周围的对象成为可能。

(第二实施例)

在图3显示的第二实施例中，缓冲器1如此构造以具有变化的(非均匀的)厚度。

特别地，缓冲器1在与超声波传感器缸体轴线相接触的部分处的厚度等于超声波波长λ的二分之一。所述厚度在与超声波传感器的上部相接触的部分处大于超声波波长λ的二分之一，并且所述厚度在与超声波传感器的下部相接触的部分处小于超声波波长λ的二分之一。即使当超声波波长已经由于温度改变而改变时，这也确保了超声波的高效发送和接收，另外，直到由压电振动器2产生的超声波发射到车辆外部为止的时间根据安装压电振动器的部分而略有不同，其导致超声波间干涉的产生。因此，超声波传感器的水平方向性和垂直方向性可以变化，以防止出现道路或路缘被错误地检测为对象。

即使当超声波波长由于温度改变而改变时，上述结构也使高效发送与接收超声波成为可能。上述结构还防止了道路或路缘被错误地检测为对象。

(第三实施例)

在图4所示的第三实施例中，灵敏度调节构件9为板形并且连接到缓冲器1的背面作为该缓冲器1的一部分。

特别地，灵敏度调节构件9由具有根据温度少量变化的弹性模量的材料制成，所述构件如此构造以与壳体6的底面部分7的形状相一致，并且装入形成在缓冲器1背面上的凹槽部分中。通过使用具有根据温度进行少量变化的弹性模量的材料作为灵敏度调节材料，其抑制了由温度改变引起的通过灵敏度调节材料传播的超声波波长的改变并且提高了传播效率。与车辆的缓冲器1和壳体6的底面部分7的厚度相似，所述灵敏度调节构件9的厚度选择为不大于由压电振动器2产生的超声波的波长λ的二分之一，以便提高超声波的传播效率。

上述结构使进一步提高超声波传播效率和更可靠地检测位于车辆周围的对象成为可能。

在该实施例中，灵敏度调节材料9由具有根据温度少量变化的弹性模量的材料制成。然而，不仅限于此，还可以使用声阻小于车辆缓冲器1的材料。该结构同样使抑制超声波反射，提高超声波传播效率以及向车辆外面高效发射超声波成为可能。上述声阻Z可以由下列公式给定，

$Z=\mathrm{\ρ}\·\sqrt{[(E/\mathrm{\ρ})\·\{(1-v)/\{(1+v)\·(1-2v)\}\left\}\right]}$

其中，ρ为超声波传播所用介质的密度，E为超声波传播所用介质的弹性模量，以及υ为超声波传播所用介质的泊松比。

另外，金属可以用作灵敏度调节材料9的材料。在这种情况下，灵敏度调节构件用作使电流流至压电振动器2的导体，并且所述装置的结构可以简化。

该实施例的灵敏度调节构件9如此构造使得其垂直于厚度方向(从缓冲器1的背面指向其正面)的截面形状与壳体6的底面部分7的(圆柱形的)形状相一致。然而，不仅限于此，其截面形状可以如此使得沿水平方向和垂直方向的比率不同。即，沿水平方向和垂直方向的比率在发射超声波的部分处不相同，使得改变超声波传感器的水平方向性和垂直方向性成为可能。例如，如图5所示，上述截面形状可以为矩形，其中沿水平方向的一条边短，而沿垂直方向的另一条边长。这使得沿垂直方向的超声波辐射变宽，在抑制由道路和转弯所反射的超声波作用的同时产生锐方向性。另外，超声波辐射在水平方向上变窄，产生宽方向性并且使更为可靠地检测对象成为可能。

另外，灵敏度调节构件9如此构造使得其垂直于厚度方向(从缓冲器1的背面指向其正面)的截面形状在沿厚度方向的任意位置处保持相同。然而，不仅限于此，该结构可以如此使得所述形状根据沿厚度方向的位置而变化。这使得抑制超声波衰减的同时改变超声波传感器的水平方向性和垂直方向性成为可能，所述超声波通过灵敏度调节构件9传播。

例如，灵敏度调节构件9可以构造为截锥形，其具有从缓冲器1的背面向其正面变窄的横截面，如图6和7中所示。这使得抑制超声波衰减的同时通过使超声波辐射变窄而使方向性变宽成为可能，所述超声波通过灵敏度调节构件9传播。

另外，与上述相反，灵敏度调节构件9可以构造为截锥形，其具有从缓冲器1的背面向其正面变宽的横截面。这使得抑制超声波衰减的同时通过使超声波辐射变宽而使方向性变尖锐成为可能，所述超声波通过灵敏度调节构件9传播。

在该实施例中，灵敏度调节构件9安装放入到形成在缓冲器1背面上的凹槽部分中。然而，不仅限于此，缓冲器1可被穿孔以在其中形成孔，并且灵敏度调节构件9可以穿过所述孔暴露，即，在其上整体安装有超声波传感器的缓冲器1的所述部分可以由灵敏度调节构件形成。

(第四实施例)

在图8所示的第四实施例中，两个超声波传感器连接到缓冲器1的背面，一个用于超声波发射，另一个用于反射超声波的接收。发射传感器由压电振动器2A，导线3A，减振器4A，吸音构件5A和圆柱形壳体6A构成，类似于第一实施例的超声波传感器。接收传感器由压电振动器2B，导线3B，减振器4B，吸音构件5B和圆柱形壳体6B构成，类似于上述第一实施例的超声波传感器。

压电振动器2A在垂直于缓冲器1和壳体6A的底面部分7A之间的接触表面的方向上具有较短的长度并且比接收传感器的压电振动器具有更大剖面面积的压电振动器2A。这使如图10A中清楚显示的发射具有强能量的超声波和提高发射灵敏度成为可能。

压电振动器2B在垂直于缓冲器1和壳体6B的底面部分7B之间的接触表面的方向上具有较长的长度并且比发射传感器的压电振动器具有更小剖面面积的压电振动器2B。这使如图10B清楚显示的接收极微弱的超声波以及提高接收灵敏度成为可能。

该实施例的控制电路8每隔一定时间将脉冲信号输出到导线3A上以驱动压电振动器2A。控制电路8每当脉冲信号输出到导线3A上时使内计时器复位。当反射脉冲信号从导线3B接收时，控制电路8根据由定时器测量的时间，即，根据在最后一次中发射传感器已经发射超声波之后所过去的时间来计算与存在于车辆周围的对象的距离。

如上所述，超声波通过使用发射传感器发射并且通过使用接收传感器接收，使得发送和接收具有良好精度的超声波成为可能。

(第五实施例)

在图9所示的第五实施例中，三个超声波传感器连接至缓冲器。特别地，第一传感器构造为具有压电振动器2C，导线3C，减振器4C，吸音构件5C和壳体6C，类似于第一实施例的超声波传感器。壳体6C的底面部分7C安装在车辆缓冲器1的底面上。第二传感器和第三传感器也以和第一传感器相同的方式构造。这些传感器在不同壁厚的位置处安装到缓冲器1上。

控制电路8每隔一定时间通过导线3C，3D和3E将脉冲信号输出给第一到第三传感器。控制电路8具有三个对应于第一到第三传感器并且每当脉冲信号分别输出到导线上时复位的内计时器。当反射脉冲信号从导线3C，3D和3E接收时，控制电路8停止相应的内计时器并且存储已经过去并测量的时间。当脉冲信号从导线获得时，控制电路8根据由对应于超声波传感器的内计时器测量的经过时间来计算与位于车辆周围的对象的距离，所述超声波传感器接收最强的脉冲信号，即，具有最高的接收灵敏度。因此，该实施例使进一步可靠地检测位于车辆周围的对象成为可能。

在上述实施例中，车辆外部轮廓部分的壁厚和壳体底面部分的壁厚选择为不大于由压电振动器发射和接收的超声波的二分之一波长。然而，当车辆外部轮廓部分的厚度和壳体的底面部分的厚度选择为由压电振动器发射和接收的超声波的四分之一波长时取得最希望的效果。这最大程度地抑制了通过车辆的外部轮廓和壳体的底面部分的超声波反射，并且最大程度地提高了超声波传播效率。

在上述实施例中，压电振动器设置在壳体的底面部分上，所述壳体的底面部分安装为与缓冲器的背面相接触。然而，不仅限于此，可以去除壳体的底面部分，并且压电振动器可以直接安装在车辆缓冲器的背面上。可选地，诸如油脂或油的液体材料可以放入到壳体的底面部分和车辆缓冲器之间。这进一步提高了超声波传播效率。另外，车辆缓冲器可以被穿孔以形成孔，壳体的底部可以通过该孔暴露。

在上述实施例中，压电振动器由于沿纵向方向(厚度方向)的振动而产生超声波。该压电振动器具有小的Q值(与电阻Z变为最小时的超声波频率f成正比的值，该值除以形成预定电阻Z的两个超声波之间的频率差Δf)，并且产生宽范围的频率。因此，当超声波传播特性由于温度改变而变化时，从控制电路输出的脉冲信号的周期可以变化以改变所产生超声波的频率从而抑制超声波传播效率的降低。

另外，在上述实施例中，压电振动器由于沿纵向方向(厚度方向)的振动而产生超声波。然而，不仅限于此，超声波可以通过例如减少压电振动器的厚度而由压电振动器径向振动产生。这也使有利地发送与接收超声波成为可能。还可以有利地使用叠层结构的压电振动器。

另外，在上述实施例中，缓冲器和壳体的厚度选择为不大于由压电振动器发送和接收的超声波的二分之一波长。为了进一步提高超声波传播效率，人们希望所述厚度选择为等于由压电振动器发送和接收的超声波的四分之一波长。这最大程度地抑制了超声波的反射并且最大程度地提高了超声波传播效率。

更进一步，超声波传感器可以安装在不同于车辆缓冲器的任意壁构件上。

Claims (15)

1.一种用于车辆的对象检测器，包括：

壁构件(1)；和

超声波传感器，其具有安装在壁构件(1)的背面上的压电振动器(2，2A-2E)，使得由压电振动器(2，2A-2E)产生的超声波从超声波传感器通过壁构件(1)发射到外部，并且外面的反射超声波由压电振动器(2，2A-2E)通过壁构件(1)接收，

其特征在于：

壁构件(1)的厚度小于由压电振动器(2，2A-2E)发射和接收的超声波的二分之一波长。

2.如权利要求1所述的对象检测器，其特征在于：

超声波传感器具有壳体(6)，其具有连接在壁构件(1)上的底面部分(7)；

压电振动器(2，2A-2E)安装在壳体(6)的底面部分(7)上，并且通过壁构件(1)和底面部分(7)两者发送与接收超声波；并且

底面部分(7)的厚度小于由压电振动器(2，2A-2E)发送和接收的超声波的二分之一波长。

3.如权利要求2所述的对象检测器，其特征在于：

壁构件(1)的厚度和底面部分(7)的厚度为由压电振动器(2，2A-2E)发送和接收的超声波的四分之一波长。

4.如权利要求1所述的对象检测器，其特征在于：

壁构件(1)的厚度为非均匀的。

5.如权利要求4所述的对象检测器，其特征在于：

超声波传感器设置在壁构件(1)具有不同厚度的多个位置中的每一处。

6.如权利要求1所述的对象检测器，其特征在于：

超声波传感器包括用于发射超声波的发射传感器(2A)和用于接收超声波的接收传感器(2B)。

7.如权利要求6所述的对象检测器，其特征在于：

发射传感器(2A)的压电振动器(2A)在垂直于壁构件(1)的表面的方向上具有较短的长度并且在平行于壁构件(1)的表面的方向上具有大于接收传感器(2B)的压电振动器(2B)的剖面面积。

8.如权利要求1-7中任一项所述的对象检测器，还包括：

板构件(9)，其设置在壁构件(1)和超声波传感器之间并且具有高于壁构件(1)的超声波传播效率。

9.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)的厚度小于由压电振动器(2，2A-2E)发送和接收的超声波的二分之一波长。

10.如权利要求9所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)的厚度等于由压电振动器(2，2A-2E)发送和接收的超声波的四分之一波长。

11.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

由温度改变引起的板构件(9)的弹性模量的改变小于由温度改变引起的壁构件(1)的弹性模量的改变。

12.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)的声阻小于壁构件(1)的声阻。

13.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)在两个相对方向上具有不同的长度。

14.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)具有沿其厚度方向变化的垂直于厚度方向的横截面。

15.如权利要求8所述的对象检测器，其特征在于：

所述板构件(9)由金属制成；并且

所述壁构件(1)为车辆缓冲器的壁。

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