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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Ultraschallgegenstandserfassungsvorrichtung
zum Erfassen von nahe gelegenen Gegenständen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
Vorrichtung zum Erfassen von nahen Gegenständen, die sich um ein Fahrzeug
herum befinden, ist bekannt. Die
US
6,318,774 (Internationale Patentschrift Nummer: 2001-527480A)
offenbart eine Vorrichtung, bei der ein Stoßfänger eines Fahrzeugs perforiert
ist, und ein Ultraschallsensor in die Löcher eingesetzt ist, so dass
der Kopfabschnitt des Sensors mit der Außenfläche des Stoßfängers bündig abschließt. Bei
dieser Vorrichtung wird der Kopfabschnitt des Ultraschallsensors
jedoch ausgestellt, wodurch das Erscheinungsbild des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.
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Um
dieses Problem zu bewältigen,
wird in der JP-A-10-123236 eine Vorrichtung offenbart, bei welcher
ein vertiefter Abschnitt auf der Rückseite eines Stoßfängers eines
Fahrzeugs ausgebildet ist, und ein Ultraschallsensor in diesen vertieften
Abschnitt eingepaßt
ist, ohne dass die Vorrichtung selbst von außen gesehen werden kann, um
das Erscheinungsbild des Fahrzeugs vorteilhaft zu erhalten. Gemäß dieser
Vorrichtung arbeitet der Ultraschallsensor jedoch, während er
in den vertieften Abschnitt auf der Rückseite des Stoßfängers des
Fahrzeugs eingepaßt
ist. Der Ultraschallsensor sendet und empfängt nämlich Ultraschallwellen durch
eine Wand des Stoßfängers des
Fahrzeugs, daher fällt
die Effizienz der Verbreitung der Ultraschallwellen und die Sensibilität bzw. Empfindlichkeit
nimmt ab.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme gemacht,
und hat zur Aufgabe, eine Gegenstandserfassungsvorrichtung bereitzustellen,
die in der Lage ist, zuverlässig
Gegenstände,
die sich um diese befinden, zu erfassen.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Ultraschallgegenstandserfassungsvorrichtung
einen Ultraschallsensor der einen piezoelektrischen Vibrator besitzt.
Dieser piezoelektrische Vibrator ist an einem Wandelement montiert.
Daher werden Ultraschallwellen, die vom piezoelektronischen Vibrator
erzeugt werden, vom Ultraschallsensor durch das Wandelement gesendet,
und Ultraschallwellen, die Außen
reflektiert werden, werden vom piezoelektronischen Vibrator durch
das Wandelement empfangen. Die Dicke bzw. Stärke des Wandelements ist geringer
bzw. kleiner als eine Hälfte
einer Wellenlänge
der Ultraschallwellen, die von dem piezoelektrischen Vibrator gesendet
und empfangen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorstehende sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
schematisches Schaubild, welches eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausfürungsform
der Erfindung darstellt;
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2 eine
Vorderansicht eines Stoßfängers auf
dem ein Ultraschallsensor der Gegenstandserfassungsvorrichtung der
ersten Ausfürungsform montiert
ist, von der Vorderseite des Stoßfängers aus gesehen;
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3 ein
schematisches Schaubild, das eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausfürungsform
dieser Erfindung darstellt;
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4 ein
schematisches Schaubild, das eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt;
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5 eine
Vorderansicht, die einen Stoßfänger darstellt,
an dem der Ultraschallsensor montiert ist, von der Vorderseite des
Stoßfängers aus
gesehen, in einem Fall, bei dem ein Empfindlichkeitseinstellelement
mit rechteckigem Querschnitt montiert ist;
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6 ein
schematisches Schaubild, das eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
darstellt, die mit einem Empfindlichkeitseinstellelement in Form
eines kegelstumpfartigen Konus bereitgestellt ist;
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7 eine
Vorderansicht, die einen Stoßfänger darstellt,
an dem der Ultraschallsensor montiert ist, von der Vorderseite des
Stoßfängers gesehen,
in dem Fall, bei dem ein Empfindlichkeitseinstellelement in Form
des kegelstumpfartigen Konus montiert ist;
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8 ein
schematisches Schaubild, das eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
gemäß einer
vierten Ausfürungsform
dieser Erfindung darstellt;
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9 ein
schematisches Schaubild, das eine Gegenstandserfassungsvorrichtung
gemäß einer
fünften
Ausfürungsform
dieser Erfindung darstellt; und
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10A und 10B Diagramme,
welche die Sendeempfindlichkeit und Empfangsempfindlichkeit entsprechend
der Länge
des Ultraschallsensors in die axiale Richtung und dessen Schnittfläche darstellen.
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Beschreibung
bevorzugter Ausfürugsformen
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(Erste Ausfürungsform)
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Gemäß einer
ersten Ausfürungsform,
die in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist eine Ultraschallgegenstandserfassungsvorrichtung mit einem
Ultraschallsensor konstruiert, der einen piezoelektronischen Vibrator 2,
Verbindungsleitungen 3, einen Vibrationsabsorber 4,
ein Geräuschabsorbierungselement 5 und
ein zylindrisches Gehäuse 6 enthält. Die
Gegenstandserfassungsvorrichtung enthält auch eine elektronische
Steuerschaltung 8. Der Ultraschallsensor ist montiert,
um mit der Rückseite
der Wand eines Stoßfängers 1 eines
Fahrzeugs in Kontakt zu sein. Die Wand des Stoßfängers 1 bildet einen Teil
der Außenkontur
des Fahrzeugs. Demnach ist der Ultraschallsensor im Stoßfänger 1 verborgen, und
nicht der Außenseite
des Stoßfängers 1 ausgesetzt.
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Der
piezoelektrische Vibrator 2 ist eine piezoelektrische Keramik,
die durch Brennen eines Metalloxid-Pulvers, wie beispielsweise Bariumtitanat, unter
Druck (press-firing) hergestellt wird, und auf dem Bodenoberflächenabschnitt 7 des
Gehäuses 6 angeordnet
ist. Wenn ein Spannungsimpuls (pulse voltage) von den Verbindungsleitungen 3 von
der Steuerschaltung 8 angelegt wird, wird der piezoelektrische
Vibrator 2 aufgrund von dielektrischer Polarisation verformt,
und vibriert in Richtung der Dicke in eine axialen Richtung des
Gehäuses 6,
das heißt, von
der Rückseite
zur Vorderseite des Stoßfängers 1, um
Ultraschallwellen zu erzeugen. Die erzeugten Ultraschallwellen verbreiten
sich über
den Bodenoberflächenabschnitt 7 des
Gehäuses 6 zum
Stoßfänger 1 und
werden vom Stoßfänger 1 aus
dem Fahrzeug heraus gesendet.
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Nach
Empfang von Ultraschallwellen durch den Stoßfänger 1 und den Bodenoberflächenabschnitt 7 des
Gehäuses 6 bildet
der piezoelektrische Vibrator 2 zudem aufgrund des piezoelektrischen
Effekts Signalimpulse (pulse Signal) aus, und gibt diese durch die
Verbindungsleitungen 3 an die Steuerschaltung 8 aus.
Der piezoelektrische Vibrator 2 kann aus einem Material
wie Quarz- oder Rochellesalz hergestellt werden. Der Stoßfänger 1 kann
aus einem Kunstharz wie Polypropylen oder Urethan hergestellt werden.
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Der
Vibrationsabsorber 4 kann zum Beispiel aus einem Silikongummi
hergestellt sein, der Vibrationen, die während der Fahrt des Fahrzeugs
erzeugt werden, absorbiert. Die Vibration kann zum Beispiel durch
den Gebrauch eines Polystyren oder dergleichen absorbiert werden.
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Das
Geräuschabsorbierungselement 5 ist zum
Beispiel aus einem Silikonschwamm hergestellt, welcher Ultraschallwellen,
die von der Rückseite
des piezoelektronischen Vibrators 2 ausgesendet werden,
absorbiert. Die Ultraschallwellen können zum Beispiel durch den
Gebrauch von Baumwolle absorbiert werden. Das Gehäuse 6 ist
zum Beispiel durch Verwendung eines plastischen Materials konstruiert, und
ist so montiert, dass dessen Bodenoberflächenabschnitt 7 mit
der Rückseite
des Stoßfängers 1 in Kontakt
ist. Das Gehäuse 6 kann
zum Beispiel aus PET oder dergleichen hergestellt sein.
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Bei
dieser Ausführungsform
haben der Stoßfänger 1 und
der Bodenoberflächenabschnitt 7 des Gehäuses 6 insbesondere
die Dicken bzw. Stärken
T, die nicht größer als
eine Hälfte,
das heißt,
kleiner als die Wellenlänge λ der Ultraschallwellen,
die vom piezoelektronischen Vibrator 2 erzeugt werden,
sind. Wenn die Dicken des Stoßfängers 1 und
des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 nicht
kleiner als eine halbe Wellenlänge λ der Ultraschallwellen
sind, nehmen die Sendefaktoren des Stoßfängers 1 und des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 für die Ultraschallwellen,
die vom piezoelektrischen Vibrator 2 gesendet und empfangen
werden, ab; d. h., der Reflektionsfaktor steigt, und die Verbreitungseffizienz
fallt. Durch Auswählen
von Dicken des Stoßfängers 1 und
des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses,
die kleiner als eine halbe Wellenlänge λ der Ultraschallwellen, die
von dem piezoelektrischen Vibrator 2 erzeugt werden, sind,
ist es möglich,
die Reflektion der Ultraschallwellen des Stoßfängers und des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 zu
unterdrücken,
und folglich die Ultraschallwellenverbreitungseffizienz zu steigern.
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Die
Steuerschaltung 8 wird unter Verwendung eines Computers
gebildet, und gibt in regelmäßigen Abständen einen
Signalimpuls an die Verbindungsleitungen 3 aus. Die Steuerschaltung
hat einen internen Timer (nicht dargestellt), der jedes Mal, wenn
ein Signalimpuls ausgegeben wird, zurückgesetzt wird. Wenn ein Signalimpuls,
der von einem äußeren Gegenstand
reflektiert wird, von den Verbindungskabeln 3 empfangen
wird, nachdem der Signalimpuls an die Verbindungskabel 3 ausgegeben
worden ist, berechnet die Steuerschaltung 8, basierend auf
einer vom Timer gemessenen Zeit, eine Entfernung zum Gegenstand
der sich um das Fahrzeug herum befindet, d.h., basierend auf der
Zeit, die nach der letzten Ausstrahlung von Ultraschallwellen vergangen
ist.
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Bei
dieser Gegenstandserfassungsvorrichtung werden die Dicken des Stoßfängers 1 und
des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 derart
gewählt,
dass sie nicht größer als
eine halbe Wellenlänge λ der Ultraschallwellen,
die vom piezoelektrischen Vibrator 2 erzeugt werden, sind.
Dies unterdrückt
die Reflektion von Ultraschallwellen des Stoßfängers 1 und des Bodenoberflächenabschnitts 7 des Gehäuses 6,
und steigert die Effizienz der Verbreitung der Ultraschallwellen,
um das zuverlässige
Erfassen von Gegenständen
um das Fahrzeug herum zu ermöglichen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei
einer zweiten Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist, ist der Stoßfänger so konstruiert dass er
eine variable (nicht-einheitliche) Stärke bzw. Dicke aufweist.
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Insbesondere
hat der Stoßfänger 1 bei
einem Abschnitt, der in Kontakt mit der Achse des Zylinders bzw.
der Zylinderachse eines Ultraschallsensors gelangt, eine Dicke,
die eine Hälfte
der Wellenlänge λ von Ultraschallwellen
ist. Die Dicke ist bei einem Abschnitt, der mit dem oberen Abschnitt
des Ultraschallsensors in Kontakt gelangt, größer als eine Hälfte der
Wellenlänge λ von Ultraschallwellen,
und bei einem Abschnitt, der mit dem unteren Abschnitt des Ultraschallsensors
bin Kontakt gelangt, ist die Dicke kleiner als eine Hälfte der
Wellenlänge λ von Ultraschallwellen.
Dies gewährleistet
eine effiziente Ausstrahlung und einen effizienten Empfang von Ultraschallwellen,
selbst wenn sich die Wellenlänge
der Ultraschallwellen aufgrund einer Veränderung der Temperatur geändert hat.
Zudem variiert die Zeit bis die Ultraschallwellen, die vom piezoelektrischen
Vibrator 2 erzeugt werden, aus dem Fahrzeug heraus gestrahlt
werden, geringfügig
abhängig
von den Abschnitten, an denen er montiert ist, wodurch eine Interferenz
zwischen den Ultraschallwellen auftritt. Demzufolge können die
horizontale Richtwirkung und die vertikale Richtwirkung variiert
werden, um das Auftreten der irrtümlichen Erfassung der Straße oder
des Bordsteins als Gegenstand zu verhindern.
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Die
vorstehende Konstruktion ermöglicht
ein effizientes Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, selbst
wenn sich die Wellenlänge
von Ultraschallwellen aufgrund einer Veränderung der Temperatur verändert hat.
Die vorstehende Konstruktion verhindert zudem, dass die Straße oder
der Bordstein irrtümlich
als ein Gegenstand erfasst werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Bei
einer dritten Ausführungsform,
wie in 4 dargestellt, ist ein Empfindlichkeitseinstellelement 9 plattenförmig und
an der Rückseite
des Stoßfängers 1 als
Teil des Stoßfängers 1 befestigt.
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Insbesondere
ist das Empfindlichkeitseinstellelement 9, das aus einem
Material besteht, das einen Elastizitätsmodul besitzt, der je nach
Temperatur etwas variiert, so konstruiert, dass es mit der Form des
Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 übereinstimmt,
und ist in einen vertieften Abschnitt auf der Rückseite des Stoßfängers 1 eingepasst. Durch
die Verwendung des Materials mit einem Elastizitätsmodul, der in Abhängigkeit
von der Temperatur etwas variiert, als Empfindlichkeitseinstellmaterial,
ist es möglich,
eine durch eine Temperaturveränderung verursachte
Veränderung
der Wellenlänge
von Ultraschallwellen, die sich durch das Empfindlichkeitseinstellmaterial
verbreitet, zu unterdrücken,
und die Verbreitungseffizienz zu steigern. Wie die Dicken des Stoßfängers 1 und
des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 des
Fahrzeugs, ist auch die Dicke des Empfindlichkeitseinstellelement 9 derart
gewählt, dass
sie nicht größer als
eine Hälfte
der Wellenlänge λ von Ultraschallwellen
ist, die von dem piezo elektrischen Vibrator 2 erzeugt werden,
um die Verbreitungseffizienz der Ultraschallwellen zu verbessern.
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Die
vorstehende Konstruktion macht es möglich, die Ultraschallwellenverbreitung
weiter effizient zu steigern, und um das Fahrzeug herum positionierte
Gegenstände
zuverlässiger
zu erfassen.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist das Empfindlichkeitseinstellelement
9 aus einem Material
mit einem Elastizitätsmodul
hergestellt, der abhängig
von der Temperatur etwas variiert. Um nicht nur darauf begrenzt
zu sein, kann jedoch auch ein Material benutzt werden, das eine
akustische Impedanz hat, die kleiner als die des Stoßfängers
1 des
Fahrzeugs ist. Auch diese Konstruktion ermöglicht es, die Reflektion von
Ultraschallwellen zu unterdrücken,
um die Ultraschallwellenverbreitungseffizienz zu steigern und die
Ultraschallwellen effizient aus dem Fahrzeug nach außen abzustrahlen.
Die vorstehende akustische Impedanz Z kann durch folgende Formel
gegeben sein:
wobei ρ eine Dichte eines Mediums ist,
durch das sich Ultraschallwellen verbreiten, E ein Elastizitätsmodul
eines Mediums ist, durch das sich die Ultraschallwellen verbreiten,
und ν die
Querdehnungszahl bzw. Poisson-Zahl des Mediums ist, durch das sich die
Ultraschallwellen verbreiten.
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Zudem
kann ein Metall als Material für
das Empfindlichkeitseinstellelement 9 verwendet werden. In
diesem Fall arbeitet das Empfindlichkeitseinstellelement als Leiter
für den
Fluss eines elektrischen Stroms zum piezoelektrischen Vibrator 2,
und die Konstruktion der Vorrichtung kann dadurch vereinfacht werden.
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Das
Empfindlichkeitseinstellelement 9 dieser Ausführungsform
ist so konstruiert, dass dessen Schnittform (sectional shape) senkrecht
zur Richtung der Dicke (Richtung von der Rückseite des Stoßfängers 1 zu
seiner Vorderseite) mit der Form (zy lindrisch) des Bodenoberflächenabschnitts 7 des
Gehäuses 6 übereinstimmt.
Um nicht nur darauf begrenzt zu sein, kann dessen Schnittform jedoch
so sein, dass das Verhältnis
in horizontale Richtung und vertikale Richtung nicht gleich ist.
Nämlich
ist das Verhältnis
in horizontale Richtung und in vertikale Richtung bei einem Abschnitt,
bei dem Ultraschallwellen ausgestrahlt werden, nicht gleich, wodurch
es möglich
ist, die horizontale Richtwirkung und die vertikale Richtwirkung
des Ultraschallwellensensors zu variieren. Beispielsweise kann,
wie in 5 dargestellt, die vorgenannte Schnittform eine
rechteckige Form haben, bei der eine Seite in horizontale Richtung
kurz und eine Seite in vertikale Richtung lang ist. Dies verbreitert
die Strahlung von Ultraschallwellen in vertikale Richtung, wodurch
eine scharfe Richtwirkung (sharp directivity) erzeugt wird, während der
Effekt, dass Ultraschallwellen von der Straße und dem Bordstein reflektiert
werden, unterdrückt
wird. Zudem wird die Strahlung von Ultraschallwellen in horizontale Richtung
begrenzt, wodurch eine breite Richtwirkung erzeugt wird und ein
zuverlässigeres
Erfassen von Gegenständen
möglich
wird.
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Zudem
ist das Empfindlichkeitseinstellelement 9 so konstruiert,
dass dessen Schnittform senkrecht zur Dickenrichtung (Richtung von
der Rückseite des
Stoßfängers 1 zu
seiner Vorderseite) an jeder Position in Richtung der Dicke gleich
bleibt. Um nicht nur darauf begrenzt zu sein, kann die Konstruktion
jedoch so sein, dass die Form, abhängig von einer Position in
Richtung der Dicke, variiert. Dies macht es möglich die horizontale Richtwirkung
und die vertikale Richtwirkung des Ultraschallwellensensors zu variieren,
während
eine Dämpfung
von Ultraschallwellen, die sich durch das Empfindlichkeitseinstellelement 9 verbreiten,
unterdrückt
wird.
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Beispielsweise
kann das Empfindlichkeitseinstellelement 9 in Form eines
kegelstumpfartigen Konus bzw. in abgeflachter Kegelform konstruiert sein,
dessen Querschnitt sich von der Rückseite des Stoßfängers 1 zu
dessen Vorderseite hin, wie in den 6 und 7 dargestellt,
verengt bzw. verjüngt. Dies
macht es möglich,
die Richtwirkung durch Verengen der Strahlung der Ultraschallwellen
zu erweitern, während
die Dämpfung
von Ultraschallwellen, die sich durch das Empfindlichkeitseinstellelement 9 verbreiten,
unterdrückt
wird.
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Im
Gegensatz zum Vorgenannten kann das Empfindlichkeitseinstellelement 9 zudem
in der Form eines kegelstumpfartigen Konus konstruiert sein, dessen
Querschnitt sich von der Rückseite
des Stoßfängers 1 zu
dessen Vorderseite verbreitert. Dies macht es möglich, die Richtwirkung durch
Ausweitung der Strahlung von Ultraschallwellen zu verschärfen, während die
Dämpfung
von Ultraschallwellen, die sich durch das Empfindlichkeitseinstellelement 9 verbreiten,
unterdrückt
wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist das Empfindlichkeitseinstellelement 9 durch Einpassen
in den vertieften Abschnitt, der auf der Rückseite des Stoßfängers 1 angebracht
ist, montiert. Um nicht nur darauf begrenzt zu sein, kann der Stoßfänger jedoch perforiert
werden, um darin ein Loch auszubilden, und das Empfindlichkeitseinstellelement 9 kann durch
das Loch exponiert werden, d.h., der Abschnitt des Stoßfängers 1,
auf dem der Ultraschallsensor als Ganzes montiert ist, kann aus
dem Empfindlichkeitseinstellelement hergestellt werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Bei
einer vierten Ausführungsform,
dargestellt in 8, sind zwei Ultraschallsensoren,
einer zum Ausstrahlen von Ultraschallwellen und der Andere zum Empfangen
von reflektierten Ultraschallwellen, an der Rückseite des Stoßfängers 1 befestigt. Der
Strahlungssensor ist mit einem piezoelektrischen Vibrator 2A,
Verbindungskabeln 3A, einem Vibrationsabsorber 4A,
einem Geräuschabsorbierungselement 5A und
einem zylindrischen Gehäuse 6A,
wie der Ultraschallsensor der ersten Ausführungsform, konstruiert. Der
Empfangssensor wird durch einen piezoelektrischen Vibrator 2B,
Verbindungskabel 3B, einen Vibrationsabsorber 4B,
ein Geräuschabsorbierungselement 5B und
ein Gehäuse 6B,
wie der Ultraschallsensor der vorstehenden ersten Ausführungsform,
gebildet.
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Der
piezoelektrische Vibrator 2A hat eine in Richtung senkrecht
zur Kontaktoberfläche
zwischen dem Stoßfänger 1 und
dem Bodenoberflächenabschnitt 7A des
Gehäuses 6A kürzere Länge, sowie eine
größere Schnittfläche (sectional
area) des pie zoelektrischen Vibrators 2A als diejenigen
des Empfangssensors. Dies macht es möglich, Ultraschallwellen mit
einer hohen Energie abzustrahlen, und die Ausstrahlungssensibilität zu verbessern,
wie anhand von 10A ersichtlich ist.
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Der
piezoelektrische Vibrator 2B hat eine in Richtung senkrecht
zur Kontaktoberfläche
zwischen dem Stoßfänger 1 und
dem Bodenoberflächenabschnitt 7B des
Gehäuses 6B größere Länge, sowie eine
kleinere Schnittfläche
des piezoelektrischen Vibrators 2B als diejenigen des Übertragungssensors. Dies
macht es möglich
sogar sehr schwache Ultraschallwellen zu empfangen und den Empfang
zu verbessern, wie anhand von 10B ersichtlich
ist.
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Die
Steuerschaltung 8 dieser Ausführungsform gibt den Signalimpuls
in regelmäßigen Abständen an
die Verbindungskabel 3A aus, um den piezoelektrischen Vibrator 2A anzusteuern.
Die Steuerschaltung 8 setzt den internen Timer jedes Mal,
wenn der Signalimpuls an die Verbindungskabel 3A ausgegeben
wird, zurück.
Wenn ein reflektierter Signalimpuls von den Verbindungskabeln 3B empfangen wird,
berechnet die Steuerschaltung 8, basierend auf einer Zeitmessung
des Timers, eine Entfernung zu einem Gegenstand, der sich um das
Fahrzeug herum befindet, d.h., basierend auf der Zeit, die nach
dem letzten Senden der Ultraschallwellen vom Strahlungssensor vergangen
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, werden Ultraschallwellen durch Gebrauch
des Übertragungssensors
gesendet und durch Gebrauch des Empfangssensors empfangen, wodurch
das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen mit einer guten Genauigkeit
ermöglicht
wird.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Bei
einer fünften
Ausführungsform
sind, wie in 9 dargestellt, drei Ultraschallsensoren
an dem Stoßfänger befestigt.
Insbesondere ist ein erster Sensor mit einem piezoelektronischen
Vibrator 2C, Verbindungskabeln 3C, einem Vibrationsabsorber 4C,
einem Geräuschabsorbierungselement 5C und einem
Gehäuse 6C,
wie der Ultraschall sensor der ersten Ausführungsform, konstruiert. Der
Bodenoberflächenabschnitt 7C des
Gehäuses 6C ist
auf der Rückseite
des Stoßfängers 1 des
Fahrzeugs montiert. Ein zweiter und ein dritter Sensor sind auch
auf dieselbe Art und Weise wie der erste Sensor konstruiert. Diese
Sensoren sind am Stoßfänger an
Positionen mit verschiedenen Wandstärken bzw. Wanddicken montiert.
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Die
Steuerschaltung 8 gibt durch die Verbindungskabel 3C, 3D und 3E in
regelmäßigen Intervallen
Signalimpulse an die ersten bis dritten Sensoren aus. Die Steuerschaltung 8 hat
drei interne Timer die zu den ersten bis dritten Sensoren korrespondieren, und
jedes Mal, wenn die Signalimpulse an die jeweiligen Verbindungskabel
ausgegeben werden, zurückgesetzt
werden. Wenn reflektierte Signalimpulse von den Verbindungskabeln 3C, 3D und 3E empfangen werden,
stoppt die Steuerschaltung 8 die korrespondierenden internen
Timer und speichert die Zeit, die vergangen ist und gemessen wurde.
Wenn die Signalimpulse von den Verbindungskabeln erhalten werden,
berechnet die Steuerschaltung 8 eine Entfernung zu einem
Gegenstand, der sich um das Fahrzeug herum befindet, aus der vergangenen
Zeit, die durch den internen Timer gemessen wurde, der zu dem Ultraschallwellensensor
korrespondiert, der den stärksten
Signalimpuls empfangen hat, d.h. der Ultraschallsensor der die höchste Empfangssensibilität hat. Deshalb
macht es diese Ausführungsform
möglich,
den Gegenstand, der sich um das Fahrzeug herum befindet, auch weiterhin
zuverlässiger
zu erfassen.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen sind
die Wandstärke
bzw. -dicke des Außenkonturabschnitts
des Fahrzeugs und die Wandstärke
bzw. -dicke des Bodenoberflächenabschnitts
des Gehäuses derart
gewählt,
dass sie nicht größer sind
als eine Hälfte
der Wellenlänge
von Ultraschallwellen, die vom piezoelektrischen Vibrator gesendet
und empfangen werden. Allerdings wird der am meisten gewünschte Effekt
dann erhalten bzw. erzielt, wenn die Stärke bzw. Dicke des Außenkonturabschnitts
des Fahrzeugs und die Dicke des Bodenoberflächenabschnitts des Gehäuses derart
gewählt
werden, dass sie ein Viertel der Wellenlänge von Ultraschallwellen sind,
die vom piezoelektrischen Vibrator gesendet und empfangen werden.
Dies unterdrückt
die Reflektion von Ultraschallwellen durch den Außenkonturabschnitt
des Fahrzeugs und durch den Bo denoberflächenabschnitt des Gehäuses am
Besten, und verbessert die Ultraschallwellenverbreitungseffizienz am
Besten.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen, bei
denen der piezoelektrische Vibrator am Bodenoberflächenabschnitt
des Gehäuses
angeordnet ist, ist der Bodenoberflächenabschnitt des Gehäuses in Kontakt
mit der hinteren Oberfläche
des Stoßfängers montiert.
Um nicht nur darauf begrenzt zu sein, kann der Bodenoberflächenabschnitt
des Gehäuses
jedoch entfernt werden, und der piezoelektrische Vibrator kann direkt
an der Rückseite
des Stoßfängers des
Fahrzeugs montiert werden. Alternativ kann ein flüssiges Material,
wie beispielsweise Schmiermittel oder Öl, zwischen den Bodenoberflächenabschnitt des
Gehäuses
und den Stoßfänger des
Gehäuses eingefügt werden.
Dies verbessert die Ultraschallwellenverbreitungseffizienz weiter.
Zudem kann der Stoßfänger des
Fahrzeugs perforiert werden, um ein Loch zu bilden, durch welches
der Bodenoberflächenabschnitt
des Gehäuses
exponiert werden kann.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen erzeugt
der piezoelektrische Vibrator Ultraschallwellen aufgrund von Vibrationen
in Längsrichtung
(Richtung der Dicke). Dieser piezoelektrische Vibrator hat einen
kleinen Q-Wert (Wert proportional zu einer Frequenz f von Ultraschallwellen,
bei der eine elektrische Impedanz Z minimal wird, welche durch eine Differenz Δf in der
Frequenz zwischen zwei Ultraschallwellen geteilt wird, die eine
vorbestimmte elektrische Impedanz Z bildet), und erzeugt über einen weiten
Bereich Frequenzen. Daher kann, wenn die Eigenschaften bzw. Charakteristika
der Ultraschallwellenverbreitung aufgrund einer Veränderung
der Temperatur verändert
werden, die Dauer der Signalimpulsausgabe von der Steuerschaltung
variiert werden, um die Frequenz von erzeugten Ultraschallwellen
zu verändern,
um dadurch ein Fallen der Ultraschallwellenverbreitungseffizienz
zu unterdrücken.
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Zudem
erzeugt der piezoelektrische Vibrator bei den vorstehenden Ausführungsformen
Ultraschallwellen aufgrund der Vibrationen in Längsrichtung (Richtung der Dicke).
Um nicht nur darauf begrenzt zu sein, können die Ultraschallwellen
jedoch durch vibrieren des piezoelektrischen Vibrators in radiale
Richtung, zum Beispiel durch Verringern der Dicke des piezoelektrischen
Vibrators, erzeugt werden. Dies macht es außerdem möglich, Ultraschallwellen vorteilhaft
zu senden und zu empfangen. Vorteilhaft kann auch ein piezoelektrischer
Vibrator mit einer gestapelten Schichtstruktur bzw. Stapelschichtstruktur verwendet
werden.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen sind
zudem die Dicken des Stoßfängers und
des Gehäuses
derart gewählt,
dass sie nicht größer als
eine Hälfte
der Wellenlänge λ von Ultraschallwellen,
die vom piezoelektrischen Vibrator gesendet und empfangen werden,
sind. Um die Ultraschallwellenverbreitungseffizienz weiter zu verbessern,
ist erwünscht,
dass die Dicken derart gewählt
sind, dass sie ein Viertel der Wellenlänge von Ultraschallwellen sind,
die vom piezoelektrischen Vibrator gesendet und empfangen werden.
Dies unterdrückt
die Reflektion von Ultraschallwellen am Besten und verbessert die
Ultraschallwellenverbreitungseffizienz am Besten.
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Darüber hinaus
kann der Ultraschallsensor an jedem anderen Wandteil als dem Stoßfänger des Fahrzeugs
montiert werden.
