DE102006008718A1

DE102006008718A1 - Ultraschallsensormodul

Info

Publication number: DE102006008718A1
Application number: DE102006008718A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Falzewski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: DE102006008718B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsensormodul mit einem Ultraschallsensor (10), der eine Schallquelle (8) zur Emission von gerichteten Ultraschallsignalen aufweist. Das erfindungsgemäße Ultraschallsensormodul ist dadurch gekennzeichnet, dass in Richtungen, in denen keine Ultraschallemission erfolgen soll, eine Umhüllung vorgesehen ist, die im Wesentlichen aus einem schallabsorbierenden Material besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsensormodul mit einem Ultraschallsensor, der eine Schallquelle zur Emission von gerichteten Ultraschallsignalen aufweist.

Bei Kraftfahrzeugen werden derzeit Ultraschallsensoren zur Messung der Entfernung des Kraftfahrzeugs von einem Objekt eingesetzt. Der Ultraschallsensor wird hierbei z. B. in Verbindung mit einer Entfernungsanzeige und einer Einparkhilfe eingesetzt. Für die Entfernungsmessung emittiert der Ultraschallsensor mittels einer schwingenden Membran ein gerichtetes Ultraschallsignal, das an dem Objekt reflektiert wird und daraufhin von dem Ultraschallsensor selbst oder einem anderen Sensor detektiert wird. Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals lässt sich der Abstand des Objekts bestimmen, an dem das Ultraschallsignal reflektiert wurde. Der Ultraschallsensor wird üblicherweise in einem Modul an oder in dem Kraftfahrzeug befestigt. Üblicherweise wird hierbei der Ultraschallsensor von einer Halterung aufgenommen, die eine Befestigung z. B. im Inneren des Stoßfängers erlaubt. In dem Stoßfänger ist eine Öffnung vorgesehen, durch welche der Ultraschallsensor die Ultraschallsignale nach außen emittieren kann.

Bei der Verwendung des Ultraschallsensormoduls in einem Kraftfahrzeug hat sich das Problem ergeben, dass Signale detektiert werden, die nicht von Objekten herrühren, die in der Umgebung des Fahrzeugs angeordnet sind. Diese Fehlsignale treten insbesondere bei tiefen Temperaturen auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ultraschallsensormodul bereitzustellen, bei dem keine Fehlsignale erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Ultraschallsensormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es hat sich herausgestellt, dass die Fehlsignale von einer Ultraschallemission des Ultraschallsensors herrühren, die nicht nach außen gerichtet ist, sondern in eine entgegengesetzte oder seitliche Richtung, d.h. nach innen. Ist das Ultraschallsensormodul beispielsweise in einem Stoßfänger montiert, rühren die Fehlsignale von einer Reflexion der Ultraschallsignale an Flächen im Inneren des Stoßfängers her. Bei tiefen Temperaturen treten diese Fehlsignale besonders häufig auf, da insbesondere Kunststoffe bei tiefen Temperaturen härter sind und daher Ultraschallsignale besser reflektieren.

Es wird vermutet, dass der Grund für die Ultraschallemission in Richtungen, die nicht gewünscht sind, daher rührt, dass sich Ultraschallsensoren immer weiter verkleinert haben. Das Verhältnis der Masse der schwingenden Membran zur Masse, in welcher die Membran gelagert ist, wurde somit immer größer, so dass schließlich die Membranaufnahme kein ruhendes System mehr darstellt. Dies führt dazu, dass Ultraschallsignale nicht nur von der Membran gerichtet abgestrahlt werden, sondern auch von der Membranaufnahme. Die Ultraschallemission der Membranaufnahme erfolgt jedoch nicht mehr in die gewünschte Richtung nach vorne, sondern auch nach hinten und zur Seite.

Um die Ultraschallemission in Richtungen zu verhindern, in denen diese nicht erfolgen soll, wird erfindungsgemäß ein Umhüllung vorgesehen, die im Wesentlichen aus einem schallabsorbierenden Material besteht. Die Umhüllung stellt eine einfache und kostengünstige Maßnahme bereit, unerwünschte Ultraschallemission und damit die Detektion von Fehlsignalen zu verhindern.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Umhüllung von einer Abdeckkappe gebildet. Die Abdeckkappe deckt zumindest die entgegen der Emissionsrichtung ausgerichtete Rückseite des Ultraschallsensors ab. Ferner deckt sie bevorzugt auch die Seitenwand des Ultraschallsensors größtenteils ab. Die Abdeckkappe ist ein separates Bauteil. Dies hat den Vorteil, dass bereits im Kraftfahrzeug verbaute Ultraschallsensoren sehr einfach und kostengünstig nachträglich mit der Abdeckkappe versehen werden können, um die unerwünschte Ultraschallemission nach hinten oder zur Seite zu verhindern.

Um zu vermeiden, dass unerwünschte Ultraschallsignale an der Abdeckkappe zurück zum Sensor reflektiert werden, sollte die Kappe so eng wie möglich an dem Ultraschallsensor bzw. einer Haltung für den Ultraschallsensor anliegen. Bevorzugt folgt daher die Innenwand der Abdeckkappe der äußeren Form des Ultraschallsensors bzw. eines Halters für den Ultraschallsensor. Ferner sind bevorzugt Mittel zum formschlüssigen Befestigen der Abdeckkappe an dem Ultraschallsensor vorgesehen. Diese Befestigungsmittel umfassen z. B. eine Lasche und einen mit der Lasche zusammenwirkenden Zugstreifen. Um eine konstruktive Interferenz der unerwünschten Ultraschallsignale durch Reflexion an der Abdeckkappe zu vermeiden, sollte der Abstand der Abdeckkappe zur Schallquelle klein gegenüber der Wellenlänge des emittierten Ultraschallsignals sein.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Umhüllung integral mit dem Ultraschallsensor oder einer Halterung für den Ultraschallsensor ausgebildet. Die Umhüllung ist in diesem Fall nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern Teil des Sensors oder der Halterung des Sensors.

Die Umhüllung kann im Wesentlichen aus Polyolefinen bestehen. Eine Abdeckkappe kann beispielsweise aus Polypropylen bestehen. Bevorzugt besteht die Umhüllung, insbesondere die Abdeckkappe, im Wesentlichen aus einem Elastomer. Die Abdeckkappe kann beispielsweise aus einem Polypropylen-Ethylen-Propylen-Elastomer (PP-EPDM), einem Ethylen-Propylen-Elastomer (EPM) oder einem Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer (EPDM) bestehen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht die Umhüllung im Wesentlichen aus vernetztem Polymerschaum, insbesondere aus Polyethylenschaum. Ferner kann die Umhüllung im Wesentlichen aus Polyurethanschaum bestehen. Die Verwendung eines porösen Materials für die Umhüllung hat den Vorteil, dass derartige Materialien eine besonders hohe Schallabsorption haben. Sie werden daher auch als Schallschluckstoffe bezeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
1 zeigt die Abdeckkappe eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls,
2A zeigt einen in einer Halterung befestigten Ultraschallsensor,
2B zeigt eine zu der in 2A gezeigten Einheit gehörige Abdeckkappe eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls,
3A, 3B und 3C zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls im zusammengesetzten Zustand,
4 zeigt einen Ultraschallsensor, wie er bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls verwendet wird,
5 zeigt den in 4 gezeigten Ultraschallsensor in der dazugehörigen Halterung,
6 zeigt eine Ansicht von außen, bei welcher das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls in einem Stoßfänger montiert ist, und
7 zeigt die Montage eines Ultraschallsensors an einem Stoßfänger.
Das erste Ausführungsbeispiel des Ultraschallsensormoduls umfasst einen an sich bekannten Ultraschallsensor und eine separate Abdeckkappe, welche auf den Ultraschallsensor aufgesetzt wird und diesen in Richtungen, in denen keine Ultraschallemission erfolgen soll, umhüllt.
Der an sich bekannte Ultraschallsensor 10 ist in den 4 und 5 gezeigt. Er umfasst ein Gehäuse, in dem die Schallquelle gelagert ist. Als Schallquelle dient eine Membran 8, welche Ultraschallsignale gerichtet in Richtung des Pfeils S der 4 emittiert, wenn sie in Schwingung versetzt wird. Es wird beispielsweise eine Aluminiummembran verwendet. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts kann die von einem Steuergerät zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt werden. D. h. die Membran 8 kann mittels elektrischer Energie in Schwingung versetzt werden. Ferner kann der Ultraschallsensor 10 auch als Ultraschallsdetektor verwendet werden. In diesem Fall wird die Membran 8 durch das Auftreffen eines Ultraschallsignals in Schwingung versetzt. Diese mechanische Schwingung kann aufgrund des piezoelektrischen Effekts in elektrische Energie umgewandelt werden, so dass das Steuergerät das Auftreffen eines Ultraschallsignals detektieren kann.
Das Gehäuse des Ultraschallsensors 10 weist eine Rückseite 11 auf, die in zur Emissionsrichtung S des Ultraschallsignals entgegengesetzte Richtung zeigt. Ferner weist das Gehäuse eine Seitenwand 12 auf. Schließlich ist an dem Gehäuse ein Stecker 13 vorgesehen, über welchem der Ultraschallsensor mit einem Steuergerät verbunden werden kann.
Um den Ultraschallsensor 10 an oder in einem Fahrzeugteil zu befestigen, ist eine Halterung 14 vorgesehen. Auf der Vorderseite weist die Halterung 14 eine Platte 15 auf. Die Befestigung des Ultraschallsensors 10 in der Halterung 14 in einem Stoßfänger ist in den
6 und 7 gezeigt. Zunächst wird der Ultraschallsensor 10 in die Halterung 14 eingesteckt. Dabei wird ein Entkopplungsring 9 zwischen der vorderen Fläche des Gehäuses für die Membran 8 und einer Anlage in der Halterung 14 eingesetzt. Im zusammengebauten Zustand umgibt der Entkopplungsring 9 die Membran 8. Der Entkopplungsring 9 dient dazu, eine Übertragung von Vibrationen von dem Stoßfänger 16 auf den Ultraschallsensor 10 zu vermeiden.
Die Platte 15 der Halterung 14 weist im Bereich der Membran 8 eine Öffnung auf, so dass Ultraschallsignale von der Membran 8 durch diese Öffnung emittiert werden können. Gleichermaßen weist der Stoßfänger 16 eine Öffnung 18 auf, welche der Öffnung in der Platte 15 der Halterung 14 entspricht. Die Platte 15 wird so in die Innenseite des Stoßfängers 16 eingeklebt oder eingeschweißt, dass die Öffnung der Halterung 14 mit der Öffnung 18 des Stoßfängers 16 fluchtet, so dass die Membran 8 durch die Öffnung 18 des Stoßfängers 16 Ultraschallsignale emittieren kann.
Wie aus 6 ersichtlich, sind von außen nur die Membran 8 und der Entkopplungsring 9 sowie ggf. Teile der Platte 15 der Halterung 14 erkennbar.
Die in den 6 und 7 gezeigte Montage des Ultraschallsensormoduls in einem Stoßfänger 16 ist an sich bekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer solcher Montage Ultraschallsignale nicht nur nach außen durch die Öffnung 18 emittiert werden, sondern auch eine Emission von der Rückseite 11 des Gehäuses des Ultraschallsensors 10 bzw. über die Seitenflächen der Halterung 14 erfolgt. Eine solche Ultraschallemission nach hinten bzw. zur Seite führt zu unerwünschten Fehlsignalen. Um solche Fehlsignale zu verhindern, wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallsensormoduls von hinten eine Abdeckkappe 1 über den in der Halterung 14 befindlichen Sensor 10 gestülpt. Die Montagerichtung ist in 7 durch den Pfeil A gezeigt.
Die Abdeckkappe 1 ist in 1 gezeigt. Sie umfasst eine Bodenfläche 2 und eine Seitenwand 3. Die Abdeckkappe 1 ist so ausgebildet, dass sie formschlüssig auf die Halterung 14 und den Ultraschallsensor 10 aufgesetzt werden kann. Für den Stecker 13 weist die Abdeckkappe 1 eine Aussparung 7 in der Seitenwand 3 auf.
Zur formschlüssigen Befestigung der Abdeckkappe 1 auf dem Ultraschallsensor 10 bzw. auf dem Ultraschallsensor 10 in der Halterung 14, besitzt die Abdeckkappe 1 eine Lasche 6, in welche ein Zugstreifen 5 eingeführt werden kann. Der Zugstreifen 5 weist Rastelemente auf, welche an der Rückseite der Lasche 6 anschlagen, wenn der Zugstreifen 5 in der Lasche 6 eingeführt ist. Mittels des Zugstreifens 5 und der Lasche 6 kann die Abdeckkappe 1 fest auf dem Ultraschallsensor 10 und dessen Halterung 14 befestigt werden.
Schließlich weist die Abdeckkappe 1 Öffnungen 4 auf, durch welche Wasser abfließen kann, das sich möglicherweise zwischen Abdeckkappe 1 und Sensor 10 sammelt.
In den 2 und 3 ist eine andere Ausgestaltung der Abdeckkappe gezeigt. Die Abdeckkappe 1' weist im Gegensatz zu der Abdeckkappe 1 keine Lasche und keinen Zugstreifen auf. Die Seitenwand 3 unterhalb des Steckers 13 des Sensors 10 ist stattdessen geschlossen. Die Befestigung der Abdeckkappe 1' erfolgt in diesem Fall über einen Kabelbinder 17.
Die Abdeckkappe 1 bzw. 1' besteht aus einem schallabsorbierenden Material. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde ein thermoplastisches Elastomer verwendet, das unter dem Markennamen SANTOPRENE^® vertrieben wird.
Es ist jedoch auch möglich, die Abdeckkappe 1 bzw. 1' aus einem vernetzten Polymerschaum, insbesondere aus Polyethylenschaum, zu fertigen. Ferner kann die Abdeckkappe 1 bzw. 1' aus Polyurethanschaum bestehen.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Umhüllung integral mit dem Ultraschallsensor 10 und deren Halterung 14 ausgebildet. In diesem Fall wird ein Polymerschaum über den Sensor 10 und die Halterung 14 gespritzt, wenn sie – wie in 7 gezeigt – z. B. in dem Stoßfänger 16 eingebaut sind. Das verbaute Ultraschallsensormodul wird in diesem Fall von dem Polymerschaum umschäumt, so dass sehr wirksam Ultraschallsignale absorbiert werden können, die nicht durch die Öffnung 18 des Stoßfängers 16 emittiert werden. Zur Begrenzung der Form des aufgespritzten Schaums kann auch ein Werkzeug verwendet werden. Ferner kann eine andere Masse mit schallabsorbierender Wirkung, z. B. eine Knetmasse, aufgebracht werden.

1, 1': Abdeckkappe
2: Bodenfläche der Abdeckkappe
3: Seitenwand der Abdeckkappe
4: Wasserabflussöffnungen
5: Zugstreifen
6: Lasche
7: Aussparung
8: Membran
9: Entkopplungsring
10: Ultraschallsensor
11: Rückseite des Ultraschallsensors
12: Seitenwand des Ultraschallsensors
13: Stecker des Ultraschallsensors
14: Halterung
15: Platte
16: Stoßfänger
17: Kabelbinder
18: Öffnung in dem Stoßfänger

Claims

Ultraschallsensormodul mit einem Ultraschallsensor (10), der eine Schallquelle (8) zur Emission von gerichteten Ultraschallsignalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtungen, in denen keine Ultraschallemission erfolgen soll, eine Umhüllung vorgesehen ist, die im Wesentlichen aus einem schallabsorbierenden Material besteht.
Ultraschallsensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung von einer Abdeckkappe (1; 1') gebildet ist.
Ultraschallsensormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (1; 1') zumindest die entgegen der Emissionsrichtung (S) ausgerichtete Rückseite (11) des Ultraschallsensors (10) abdeckt.
Ultraschallsensormodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (1; 1') die Seitenwand (12) des Ultraschallsensors (10) größtenteils abdeckt.
Ultraschallsensormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Abdeckkappe (1; 1') der äußeren Form des Ultraschallsensors (10) oder des Ultraschallsensors (10) und einer Halterung (14) für diesen folgt.
Ultraschallsensormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zum formschlüssigen Befestigen der Abdeckkappe (1; 1') an dem Ultraschallsensor (10).
Ultraschallsensormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel eine Lasche (6) und einen mit der Lasche (6) zusammenwirkenden Zugstreifen (5) umfassen.
Ultraschallsensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung integral mit dem Ultraschallsensor (10) oder mit dem Ultraschallsensor (10) und einer Halterung (14) für den Ultraschallsensor (10) ausgebildet ist.
Ultraschallsensormodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung im Wesentlichen aus Polyolefinen besteht.
Ultraschallsensormodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung im Wesentlichen aus einem Elastomer besteht.
Ultraschallsensormodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung im Wesentlichen aus vernetztem Polymerschaum besteht.
Ultraschallsensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung im wesentlichen aus Polyurethanschaum besteht.