-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zur Verwendung
in einem Kraftfahrzeug, wobei der Ultraschallsensor Ultraschallwellen empfängt, die
von einem zu erfassenden Objekt reflektiert werden.
-
Es
ist bekannt, einen Ultraschallsensor an einem Kraftfahrzeug zu befestigen,
um ein sich in der Nähe
des Fahrzeugs befindliches Hindernis zu erfassen. Hierbei werden
Ultraschallwellen vom Fahrzeug ausgesendet und die vom Hindernis
reflektierten Ultraschallwellen von dem am Fahrzeug befestigten
Ultraschallsensor empfangen. Ein Abstand des Hindernisses zum Fahrzeug
und/oder die zweidimensionale oder dreidimensionale Form des Hindernisses
werden auf der Grundlage der gesendeten und empfangenen Ultraschallwellen
erfasst.
-
Bei
einem Sensor dieser Bauart kann die Position des Hindernisses auf
der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen einer Mehrzahl von Sensoren beim
Empfang der reflektierten Wellen erfasst werden. Die mehreren Sensoren
sind an einem Empfangsbauteil befestigt, welches die empfangenen
Ultraschallwellen an einzelne Sensorelemente gibt. Solch ein Aufbau
bringt jedoch das Problem mit sich, das ein Übersprechen der Ultraschallwellen
im Empfangsbauteil auftritt. D. h., die empfangenen Ultraschallwellen
werden nicht ausreichend auf die einzelnen Sensorelemente getrennt,
was dazu führt,
dass sich die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors verringert.
Um dieses Problem zu bewältigen,
schlägt
die
JP-A-5-347797 vor,
einem Zwischenraum zwischen einzelnen Schwingungsplatten mit einem
Abfangmaterial zu füllen,
um die Übertragung
der Ultraschallwellen zu verhindern. Auf diese Weise soll der Umfang
des Übersprechens
zwischen benachbarten Schwingungsplatten verringert werden.
-
Der
vorgeschlagene Aufbau des Ultraschallsensors bringt jedoch das Problem
mit sich, dass ein Zwischenraum zum Füllen des Abfangmaterials zwischen
den benachbarten Schwingungsplatten erforderlich ist. Dies führt dazu,
dass der Ultraschall sensor vergrößert werden
muss und das Erscheinungsbild des an einer Stoßstange eines Fahrzeugs befestigten
Ultraschallsensors nachteilig beeinflusst wird.
-
Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
an einem Kraftfahrzeug zu befestigenden Ultraschallsensor bereitzustellen, bei
dem ein Übersprechen
zwischen benachbarten Empfangsbereichen in einem Empfangsbauteil
unterdrückt,
der Ultraschallsensor jedoch klein ausgebildet werden kann.
-
Der
Ultraschallsensor ist im Wesentlichen aus einem Empfangsbauteil,
einem an dem Empfangsbauteil befestigten Empfangselement und einem
das Empfangselement abdeckenden Gehäuse aufgebaut. Das Empfangsbauteil
ist aus einem Material, wie beispielsweise Polycarbonat-Harz, aufgebaut
und weist eine erste Oberfläche
zum Empfangen von Ultraschallwellen, die von einem Objekt, wie beispielsweise
einem sich in der Nähe
eines Kraftfahrzeugs befindlichen Hindernis, reflektiert werden, und
eine zweite Oberfläche
auf, auf welcher das Empfangselement befestigt ist. Das aus einem
Halbleitermaterial aufgebaute Empfangselement weist eine Mehrzahl
von Schwingungsabschnitten und die Schwingungsabschnitte haltenden
Halteabschnitten auf. Das Empfangsbauteil ist in eine Mehrzahl von Empfangsbereichen
unterteilt, die in einer 1:1-Verteilung den Schwingungsabschnitten
der Empfangselemente zugeordnet sind.
-
Benachbarte
Empfangsbereiche sind durch einen Abfangschlitz zum Unterdrücken eines Übersprechens
zwischen den benachbarten Empfangsbereichen getrennt. Der Abfangschlitz
erstreckt sich in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht
zur zweiten Oberfläche
des Empfangsbauteils verläuft, und
weist eine Öffnung
an der zweiten Oberfläche und
ein geschlossenes Ende im Empfangsbauteil auf. Der Schlitz ist derart
gebildet, dass er die Gleichung 0.35 ≤ L/T ≤ 0.60 erfüllt, wobei L eine Tiefe des Abfangschlitzes
und T eine Dicke des Empfangsbauteils beschreibt. Wenn der Abfangschlitz
derart ausgebildet ist, kann das in Erfassungsrauschen resultierende Übersprechen
zwischen benachbarten Bereichen effektiv unterdrückt oder beseitigt werden.
-
Der
Ultraschallsensor ist an einer Struktur eines Kraftfahrzeugs, wie
beispielsweise einer Stoßstange,
befestigt. Wenn der Ultraschallsensor an einer Stoßstange befestigt
ist, ist die erste Oberfläche des
Sensor nach Außerhalb
der Stoßstange
freigelegt und die zweite Oberfläche
innerhalb der Stoßstange
angeordnet. Ultraschallwellen, die von einem am Fahrzeug befestigten
Sendeelement ausgesendet werden, werden von einem zu erfassenden
Objekt reflektiert. Die reflektierten Wellen werden von der ersten
Oberfläche
des Empfangsbauteils empfangen und über die jeweiligen Empfangsbereiche und
Halteabschnitte zu Schwingungsabschnitten übertragen. Die Schwingungen
der Schwingungsabschnitte werden von einem Schwingungsdetektor, wie
beispielsweise einem piezoelektrischen Detektor, in elektrische
Signale gewandelt. Der Abstand vom Fahrzeug zum Objekt und/oder
die Form des Objekts wird/werden auf der Grundlage der über die
mehreren Schwingungsabschnitte ausgegebenen Signale erfasst.
-
Wenn
der Abfangschlitz derart gebildet wird, dass er das Verhältnis L/T
= 0.45 erfüllt,
wird ein Übersprechen
zwischen benachbarten Empfangsbereichen vollständig abgefangen bzw. unterbunden, so
dass die Ultraschallwellen, die von einem einem Schwingungsabschnitt
entsprechenden Empfangsbereich empfangen werden, ausschließlich zum Schwingungsabschnitt übertragen
werden, wodurch das durch das Übersprechen
bedingte Rauschen vollständig
beseitigt wird. Die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors
ist dann maximal, wenn der Abfangschlitz das Verhältnis L/T
= 0.45 erfüllt.
-
Wenn
die Tiefe L des Abfangschlitzes auf einen Wert von kleiner 0.45T
und größer 0.35T
gelegt wird, wird das Übersprechen
ausreichend unterdrückt
und gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Empfangsbauteils
aufrechterhalten. Wenn die Tiefe L des Abfangschlitzes auf einen
Wert von größer 0.45T
und kleiner 0.6T gelegt wird, wird das Übersprechen ausreichend unterdrückt und
können die
durch das Übersprechen
bedingten Rauschsignale (Rauschen) leicht verarbeitet werden, da
die Rauschsignale bezüglich
der Hauptsignale phaseninvertiert sind.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das durch das Übersprechen
bedingte Erfassungsrauschen beseitigt oder ausreichen unterdrückt und
der Ultraschallsensor gleichzeitig klein ausgebildet werden.
-
Weitere
Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung gemacht wurde, näher
ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
-
1A eine
Draufsicht eines einzelnen Empfangselements eines Ultraschallsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
1B eine
Querschnittsansicht des Empfangselements entlang der Linie IB-IB
in der 1;
-
2 eine
Draufsicht eines gesamten Empfangselements mit vier einzelnen Empfangselementen;
-
3 eine
Querschnittsansicht des Ultraschallsensors mit einem Empfangsbauteil
und einem am Empfangbauteil befestigten Empfangselement;
-
4 ein
Diagramm mit den Ausgangssignalen zweier benachbarter Empfangselemente
und einem Übersprechbetrag
zwischen diesen beiden;
-
5 ein
Diagramm eines Übersprechgrads bezüglich eines
Verhältnisses
L/T, wobei L eine Tiefe eines Schlitzes und T eine Dicke eines Empfangselements
beschreibt;
-
6 ein
Diagramm eines Richtungsfehlers in Grad bezüglich eines Signal-Rausch-Verhältnisses in
dB;
-
7A bis 7D Übersprechansichten modifizierter
Formen des im Empfangsbauteil gebildeten Schlitzes; und
-
8A bis 8C Querschnittsansichten weiterer
modifizierter Formen des im Empfangsbauteil gebildeten Schlitzes.
-
Nachstehend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben. Die aufgezeigte Ausführungsform ist ein an einem Kraftfahrzeug
zu befestigender Ultraschallsensor zur Erfassung eines oder mehrerer
in der Nähe
des Fahrzeugs befindlicher Hindernisse.
-
Zunächst wird
ein eine Mehrzahl einzelner Empfangselemente aufweisendes Empfangselement 10 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform
sind, wie in 2 gezeigt, vier einzelne Empfangselemente 10a bis 10d auf
dem Empfangselement 10 gebildet. 1A zeigt
ein einzelnes Empfangselement (die einzelnen Empfangselemente 10a bis 10d sind jeweils
baugleich ausgebildet, und jedes der Elemente wird nachstehend allgemein
als Empfangselement 10 bezeichnet), und 1B zeigt
eine Querschnittsansicht des Empfangselements 10.
-
Das
Empfangselement 10 ist, wie in 1B gezeigt,
auf einem Halbleitersubstrat 11 gebildet, wie beispielsweise
einem "Silizium
auf einem Isolator"-(SOI)-Substrat. Auf der
oberen Oberfläche 11m des
Halbleitersubstrats sind in dieser Reihenfolge geschichtet ein erster
Isolierfilm 11b, eine aktive Siliziumschicht 11c und
eine zweite Isolierschicht 11d gebildet. Ein mittlerer
Abschnitt des Substrats 11 ist derart mit Hilfe eines MEMS-Prozesses
entfernt, dass die aktive Siliziumschicht 11c nach unten
freigelegt ist, um dadurch einen Schwingungsabschnitt 15 zu
bilden. Der Schwingungsabschnitt 15 ist quadratisch.
-
Auf
dem zweiten Isolierfilm 11d ist ein Schwingungsdetektor 12 gebildet.
Der Schwingungsdetektor 12 ist aus einer unteren Elektrode 13,
einem piezoelektrischen Film 12a und einer oberen Elektrode 14 aufgebaut.
Der beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT) aufgebaute piezoelektrische Film 12a ist zwischen
der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 angeordnet.
Eine untere Oberfläche 11n des
Halteabschnitts 11a ist an einer zweiten Oberfläche 31B des
Empfangsbauteils 31 befestigt (wird nachstehend näher unter
Bezugnahme auf die 3 beschrieben). Der eine vorbestimmte
Resonanzfrequenz aufweisende Schwingungsabschnitt 15 schwingt
mit den vom Empfangsbauteil 31 empfangenen Ultraschallwellen.
Die Schwingung des Schwingungsabschnitts 15 wird vom Schwingungsdetektor 12 in
Spannungssignale gewandelt.
-
Nachstehend
wird der Ultraschallsensor 70 unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben.
Ein Empfangselement 10 mit vier einzelnen Empfangselementen 10a bis 10d,
die, wie in 2 gezeigt, baugleich ausgebildet
sind, ist, wie in 3 gezeigt, am Empfangsbauteil 31 befestigt.
Durch eine Anordnung der Mehrzahl von Empfangselementen gemäß der 2 kann
nicht nur der Abstand vom Fahrzeug zum Erfassungsobjekt, sondern
ebenso die dreidimensionale Form des Objekts auf der Grundlage von
Zeit- und der Phasendifferenzen zwischen den von der Mehrzahl von
Empfangselementen empfangenen Ultraschallwellen erfasst werden.
-
Die
Ultraschallwellen werden, wie in 3 gezeigt,
von einem Bordsendeelement 19 ausgesendet, und die von
einem zu erfassenden Objekt M (wie beispielsweise einem sich in
der Nähe
des Fahrzeugs befindlichen Hindernis) reflektierten Ultraschallwellen
werden von dem am Fahrzeug befestigten Ultraschallsensor 70 empfangen.
Bei der Ausführungsform
ist das quadratische Empfangsbauteil 31 in ein in einer
Stoßstange 52 gebildetes
Durchgangsloch 52a eingefügt, so dass eine als Empfangsoberfläche dienende
erste Oberfläche 31A nach
Außerhalb
der Stoßstange 52 freigelegt
ist und eine als Oberfläche
zur Befestigung des Empfangselements 10 am Empfangsbauteil 31 dienende
zweite Oberfläche 31B einer
Innenseite der Stoßstange 52 gegenüberliegt.
Ein elastisches Element 41, das aus einem Material wie
beispielsweise Gummi aufgebaut ist, ist zwischen dem Durchgangsloch 52a der
Stoßstange 52 und
dem Empfangsbauteil 31 angeordnet, um eine Ausbreitung
von Ultraschallwellen zu verhindern.
-
Vorzugsweise
wird für
das Empfangsbauteil 31 ein Material mit einer akustischen
Impedanz gleich der des Halteabschnitts 11a verwendet,
um die Ultraschallwellen effektiv zum Empfangselement 10 (10a bis 10d)
zu übertragen.
Das Empfangsbauteil 31 muss eine hohe mechanische Festigkeit
aufweisen und wasserundurchlässig
sein, um das an ihm befestigte Empfangselement 10 zu schützen. Bei
dieser Ausführungsform
ist das Empfangsbauteil 31 aus Polycarbonat aufgebaut,
aus dem auch die Stoßstange 52 aufgebaut
ist. Auch vom dekorativen Gesichtspunkt her sollte für das Empfangsbauteil 31 vorzugsweise
das Material verwendet werden, aus dem auch die Stoßstange
gebildet ist, da der Ultraschallsensor 70 nicht von der
Stoßstange
hervorragt und auf diese Weise in das Erscheinungsbild der Stoßstange 52 integriert
werden kann. Es ist jedoch ebenso möglich, Edelstahl, ein metallisches Material,
wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung, verschiedene Harzmaterialien,
Glas, Keramiken oder Gummi als Material zum Bilden des Empfangsbauteils 31 zu
verwenden.
-
Von
der zweiten Oberfläche 31B ist
ein Abfangschlitz 31i in Richtung der ersten Oberfläche 31A gebildet,
um jedem einzelnen Empfangselement entsprechende Empfangsbereiche
zu trennen (d. h. die Empfangsbereiche sind in einer 1:1 Verteilung
den Empfangselementen zugeordnet). In der 3 wird ein
Beispiel aufgezeigt. Ein dem Empfangselement 10a entsprechender
Empfangsbereich 31a ist durch einen Abfangschlitz 31i von
einem dem Empfangselement 10b entsprechenden Empfangsbereich 31b getrennt.
Durch den Abfangschlitz 31i wird verhindert, dass sich
die Ultraschallwellen zwischen den Empfangsbereichen 31a und 31b ausbreiten,
da die Ultraschallwellen durch die im Abfangschlitz 31i vorhandene
Luft stark gedämpft
werden.
-
Die
Empfangselemente 10a und 10b sind über eine
Verbindungsschicht 24 aus Klebemittel oder Glas mit der
zweiten Oberfläche 31B des
Empfangsbauteils 31 verbunden. Genauer gesagt, die untere
Oberfläche 11n (siehe 1B)
des Halteabschnitts 11a ist mit der zweiten Oberfläche 31B verbunden,
um dadurch die zweite Oberfläche 31B in eine
dem Schwingungsabschnitt 15a entsprechende innere Oberfläche 31g und
in eine dem Schwingungsabschnitt 15b entsprechende innere
Oberfläche 31h zu
trennen. Es sind vier einzelne Empfangselemente 10a bis 10d auf
die gleiche Weise befestigt und jeweils durch die jeweiligen Abfangschlitze 31i getrennt
(siehe 2).
-
Ein
Schaltelement 21 zur Erfassung elektrischer Signale, die
vom Empfangselement 10 (10a bis 10d)
ausgegeben werden, ist auf dem Empfangselement 10 angeordnet
und elektrisch mit diesem verbunden. Das Schaltelement 21 ist
elektrisch mit einem Anschluss 22 verbunden, um elektrische
Signale an eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU) zu geben.
Das Empfangselement 10 und das auf dem Empfangsbauteil 31 befestigte
Schaltelement 21 sind durch ein Gehäuse 23 in Form einer Box
abgedeckt.
-
Die
vom Hindernis M reflektierten Ultraschallwellen werden von einem
dem Empfangselement 10a entsprechenden Empfangsbereich 31e und einem
dem Empfangselement 10b entsprechenden Empfangsbereich 31f empfangen.
Anschließend werden
die Ultraschallwellen über
die Empfangsbereiche 31a und 31b auf den Halteabschnitt 11a übertragen.
Die Schwingungsabschnitte 15a und 15b werden durch
die übertragenen
Ultraschallwellen in Schwingung versetzt, und die Schwingung der Schwingungsabschnitte 15a und 15b wird
durch den piezoelektrischen Schwingungsdetektor 12 (siehe 1B)
in elektrische Signale gewandelt. Die Ultraschallwellen werden in
allen Empfangselementen 10a bis 10d auf die gleiche
Weise in elektrische Signale gewandelt. Die Schaltelemente 21 verarbeiten die
vom Schwingungsdetektor 12 ausgegebenen elektrischen Signale.
D. h., das in den Signalen enthaltene Rauschen wird entfernt und
der Abstand oder die Position des Hindernisses M wird auf der Grundlage
einer Zeitdifferenz und/oder einer Phasendifferenz zwischen den
gesendeten und empfangenen Ultraschallwellen berechnet.
-
4 zeigt
ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Übersprechens zwischen zwei
benachbarten Empfangselementen 10a und 10b für eine theoretische
Situation. Wenn die vom Empfangsbereich 31e empfangenen
Ultraschallwellen über
den Empfangsbereich 31a ausschließlich zum Empfangselement 10a übertragen
werden, wird der Ausgang des Empfangselements 10a in der 4 durch "A" beschrieben. Wenn die vom Empfangsbereich 31f empfangenen
Ultraschallwellen und ein bestimmter Betrag eines Übersprechens
vom Empfangsbereich 31e im Empfangselement 10b überlagert
werden, wird der Ausgang des Empfangselements 10b in der 4 durch "B" + "C" beschrieben. "B" beschreibt den eigenen Ausgang des
Empfangselements 10b ohne Übersprechen, der um Δt von "A" verzögert ist, und "C" beschreibt den durch ein Übersprechen
mit dem Empfangselement 10a bedingten Ausgang des Empfangselements 10b. "C" kann als Rauschen angesehen werden,
das eine Genauigkeit bei der Berechnung einer Zeit- oder einer Phasendifferenz
zwischen den von den benachbarten Empfangselementen 10 und 10b empfangenen
Ultraschallwellen nachteilig beeinflusst.
-
Um
einen Betrag bzw. Umfang des Übersprechens
zwischen den benachbarten Empfangselementen zu beseitigen oder zu
verringern, ist bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Abfangschlitz 31i gebildet
(siehe 2 und 3). Es wurde festgestellt, dass
ein Übersprechen
beseitigt oder unterdrückt
werden kann, wenn das Verhältnis einer
Tiefe L des Abfangschlitzes 31i zu einer Dicke T des Empfangsbauteils 31 auf
einen geeigneten Bereich gelegt wird. Dabei wurde festgelegt, dass
ein Übersprechgrad
ein Verhältnis
der beispielsweise vom Empfangsbereich 31e empfangen und
zum Empfangselement 10b übertragenen Ultraschallwellen
im Vergleich zu den vom Empfangsbereich 31e empfangenen
Ultraschallwellen ist.
-
5 zeigt
den Übersprechgrad
bezüglich eines
Verhältnisses
L/T, wobei L eine Tiefe des Abfangschlitzes 31i und T eine
Dicke des Empfangsbauteils beschreibt. Der Übersprechgrad wird vorzugsweise
auf einen Wert von Null gesetzt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich,
liegt der Übersprechgrad bei
8%, wenn L/T = 0.25 ist (d. h. wenn die Tiefe nicht tief genug ist);
nimmt der Übersprechgrad
einen Wert von Null % an, wenn L/T = 0.45 ist; und steigt er wiederum,
wenn die Tiefe L erhöht
wird. Wenn L/T kleiner 0.45 ist, ist die Phase des durch das Übersprechen
bedingten Ausgangs gleich der Phase des Hauptausgangs (d. h. C weist
in der 4 die gleiche Phase wie A auf). Wenn L/T größer 0.45%
ist, ist die Phase des durch das Übersprechen bedingten Ausgangs
invers zur Phase des Hauptausgangs.
-
Wenn
der Ultraschallsensor an einem Kraftfahrzeug befestigt wird, so
muss er die Position eines Objekts mit einer Fehlergenauigkeit von
kleiner oder gleich 10% erfassen. Um eine Fehlergenauigkeit bei der
Positionserfassung von kleiner oder gleich 10% zu realisieren, muss
ein auf der Grundlage der Phasendifferenz der Ultraschallwellen
berechneter Richtungsfehler auf einen Wert von kleiner oder gleich
5.7 Grad gebracht werden. Es muss, wie in der 6 gezeigt,
ein S/N-Verhältnis
von größer 16 dB
erzielt werden, um den Richtungsfehler auf einen Wert von kleiner
5.7 Grad zu bringen. Das S/N-Verhältnis von 16 dB entspricht
einem Übersprechgrad
von 4%. Folglich muss der Übersprechgrad
auf einen Wert von kleiner 4% gebracht werden. Dieses wird realisiert,
indem das L/T-Verhältnis
auf einen Bereich von 0.35 bis 0.60 (0.35 ≤ L/T ≤ 0.6) gelegt wird.
-
Bei
dieser Ausführungsform
liegt die Dicke T des Empfangsbauteils bei 4 mm und die Tiefe L
des Abfangschlitzes 31i bei 1.8 mm, um ein U/L-Verhältnis von
0.45 zu erzielen. Folglich liegt der Übersprechgrad bei 0%, d. h.,
die vom Empfangsbereich 31e empfangenen Ultraschallwellen
werden ausschließlich
zum Empfangsele ment 10a übertragen, während die
vom Empfangsbereich 31f empfangenen Ultraschallwellen ausschließlich zum
Empfangselement 10b übertragen
werden. Folglich wird die Zeit- oder die Phasendifferenz zwischen
den vom Empfangsbereich 31e und 31f empfangenen
Ultraschallwellen genau erfasst, so dass die Position eines Hindernisses
mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Da die Breite des Abfangschlitzes 31i den Übersprechgrad
nicht beeinflusst, kann die Breite des Abfangschlitzes 31i beliebig
gewählt
werden.
-
Wenn
L/T auf einen Bereich von 0.35 bis 0.45 gelegt wird, kann der Übersprechgrad
in ausreichendem Maße
verringert und gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Empfangsbauteils 31 aufrechterhalten
wird. Dies liegt daran, dass die Tiefe des Abfangschlitzes 31i in
diesem Bereich die mechanische Festigkeit des Empfangsbauteils 31 nicht beeinflusst.
Wenn das Verhältnis
L/T demgegenüber auf
einen Bereich von 0.45 bis 0.6 gelegt wird, weist der Übersprechausgang
(d. h. eine Rauschkomponente) eine inverse Phase zum Hauptausgang
auf, so dass die Rauschkomponente leicht vom Hauptausgangssignal
getrennt bzw. getrennt von diesem verarbeitet werden kann.
-
Die
Form des Abfangschlitzes 31i kann auf verschiedene Weisen
modifiziert werden, solange die Gleichung 0.35 ≤ L/T ≤ 0.6 erfüllt wird. Die 7A bis 7D und 8A bis 8C zeigen
einige Beispiele diesbezüglich.
Bei der in der 7A gezeigten modifizierten Form
sind die Ecken des unteren Endes 31m des Abfangschlitzes 31i abgerundet
(Radius). Bei dem in der 7B gezeigten
Beispiel ist das untere Ende 31m des Auffangschlitzes 31i halbkugelförmig ausgebildet.
Wenn die scharfen Kanten auf diese Weise entfernt werden, wird die
mechanische Festigkeit des Abfangschlitzes 31i verbessert.
Es ist ferner möglich,
die Seitenwände
des Abfangschlitzes 31i als sich verjüngende Oberflächen auszubilden.
-
Der
Abfangschlitz 31i kann ferner, wie in 8A gezeigt,
mit einem Füllelement 31n gefüllt werden,
das aus einem Material besteht, welches die Ausbreitung der Ultraschallwellen
unterdrückt
und ein Elastizitätsmodul
aufweist, der geringer als der des Empfangsbauteils 31 ist,
wie beispielsweise ein Material im Gelzustand oder ein Gummi. Es
ist, wie in 8B gezeigt, ferner möglich, eine Öffnung des
Abfangschlitzes 31i mit einem Abdeckelement 82 aus einem
metallischen oder Harzmaterial zu schließen. Bei den in den 8A und 8B gezeigten
Strukturen wird verhindert, dass Fremdstoffe, welche die Abfangfunktion
des Schlitzes nachteilig beeinflussen können, in den Abfangschlitz 31i eintreten.
Der Abfangschlitz 31i kann ferner, wie in 8C gezeigt,
in eine Mehrzahl schmaler Schlitzen geteilt werden. Wenn die Öffnung schmaler
ausgebildet wird, kann verhindert werden, dass Fremdpartikel in
die Schlitze eintreten.
-
Nachstehend
werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung aufgezeigt. Das Empfangsbauteil 31 wird
durch Abfangschlitze 31i in eine Mehrzahl von Empfangsbereiche
geteilt, von denen jeder einzelnen Empfangselementen 10a bis 10d zugeordnet ist.
Durch die im Abfangschlitz 31i vorhandene Luft wird die
Ausbreitung der Ultraschallwellen stark gedämpft. Das Übersprechen zwischen benachbarten einzelnen
Empfangselementen wird durch die Abfangschlitze 31i verhindert.
Folglich wird die Genauigkeit bei der Erfassung von Positionen des
Hindernisses verbessert. Ferner können die Abfangschlitze 31i leicht
gebildet werden, ohne den Ultraschallsensor 70 zu vergrößern.
-
Das
Verhältnis
der Tiefe L des Abfangschlitzes 31i zur Dicke T des Empfangsbauteils 31 ist
so ausgelegt, dass die Gleichung 0.35 ≤ L/T ≤ 0.6 erfüllt wird. Auf diese Weise kann
das Übersprechen
sicher unterdrückt
werden. Bei L/T = 0.45 kann das Übersprechen
(Rauschen) beseitigt und die Erfassungsempfindlichkeit maximiert
werden. Wenn L/T kleiner 0.45 ist und größer 0.35 ist, wird das Übersprechen unterdrückt und
gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Empfangsbauteils 31 aufrechterhalten.
Bei L/T von größer 0.45
und kleiner 0.60 kann die durch das Übersprechen bedingte Rauschkomponente leicht
verarbeitet werden, da die Rauschkomponente eine zu der Phase der
Signale inverse Phase aufweist.
-
Das
untere Ende 31m des Abfangschlitzes 31i kann abgerundet
oder halbkugelförmig
ausgebildet sein, um die ausreichende mechanische Festigkeit des
Empfangsbauteils 31 aufrechtzuerhalten. Die Abfangschlitze 31i können in
eine Mehrzahl schmaler Schlitze geteilt werden, um zu verhindern, das
Fremdstoffe, die sich nachteilig auf die Dämpfung der Ultraschallwellen
auswirken, in die Schlitze eintreten. Es ist ferner möglich, den
Abfangschlitz 31i mit einem Material 31n zu füllen, das
ein Elastizitätsmodul
aufweist, das geringer als der des Empfangsbauteils 31 ist
und eine Ausbreitung der Ultraschallwellen abfängt bzw. dämpft. Alternativ kann das offene
Ende des Abfangschlitzes 31i mit einem Abdeckelement 82 verschlossen
werden, um zu verhindern, dass Fremdstoffe in den Schlitz eintreten.
-
Die
Schwingung des Schwingungsabschnitts 15 wird durch den
piezoelektrischen Schwingungsdetektor 12 in elektrische
Signale gewandelt. Die Ultraschallwellen können effektiv in elektrische
Signale gewandelt werden. Das Empfangsbauteil 31 ist aus Polycarbonat-Harz
aufgebaut. Folglich kann die akustische Impedanz des Empfangsbauteils 31 auf einen
Wert nahe dem der akustischen Impedanz des Halteabschnitts 11a gelegt
und können
die Ultraschallwellen effektiv auf die Empfangselemente 10a bis 10d übertragen
werden. Da das Polycarbonat-Harz wasserundurchlässig ist und eine hohe mechanische
Festigkeit aufweist, kann das Empfangselement 10 sicher
durch das Empfangsbauteil 31 geschützt werden. Ferner wird das
Erscheinungsbild der Stoßstange 52 durch
die Befestigung des Ultraschallsensors 70 nicht nachteilig
beeinflusst, da die Stoßstange
aus dem gleichen Harzmaterial aufgebaut ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene
Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden. Die Form
des Empfangselements 10 und des Empfangsbauteils 31 ist
beispielsweise nicht auf die quadratische Form beschränkt, sondern kann
rund, mehreckig oder dergleichen sein. Die Anzahl einzelner auf
dem Empfangsbauteil 31 gebildeter Empfangselemente ist
nicht auf vier beschränkt. Bei
einer zweidimensionalen Erfassung sind nur zwei einzelne Empfangselemente
erforderlich. Das Layout der einzelnen Empfangselemente kann auf
verschiedene Weise in Übereinstimmung
mit den Anforderungen der aktuellen Anwendungen geändert werden. Die
einzelnen Empfangselemente können
beispielsweise in einer Linie oder entlang eines Kreises angeordnet
werden.
-
Es
ist ferner möglich,
das Empfangselement 10 direkt an der Stoßstange 52 zu
installieren, ohne das Empfangsbauteil 31 zu verwenden.
In diesem Fall dient ein Teil der Stoßstange 52 als das
Empfangsbauteil und wird das Erscheinungsbild der Stoßstange
nicht nachteilig beeinflusst, da der Ultraschallsensor 70 nicht
von der Oberfläche
der Stoßstange
heraustritt. Die Befestigungsposition des Ultraschallsensors 70 ist
nicht auf die Stoßstange 52 beschränkt. Er
kann ferner an einem Fahrzeugkörper an
einer Position oberhalb oder unterhalb der Stoßstange 52 befestigt
werden, an welcher die reflektierten Ultraschallwellen den Ultraschallsensor 70 direkt erreichen,
ohne durch irgendwelche anderen Abschnitte der Fahrzeugkarosserie
behindert zu werden. Der Ultraschallsensor 70 kann ferner
an einer Blinkerabdeckung befestigt werden, wenn er zur Erfassung
von Hindernisses neben dem Fahrzeug verwendet wird. Der Ultraschallsensor 70 kann
in Übereinstimmung
mit seinen Anwendungszwecken an verschiedenen Positionen des Fahrzeugs
befestigt werden. Es kann beispielsweise an einer Scheinwerferabdeckung,
an einer Rücklichtabdeckung,
an einer Rückfahrscheinwerferabdeckung
oder dergleichen befestigt werden. In diesen Fällen kann das Empfangselement 10 direkt
an den als Empfangsbauteil 31 dienenden Strukturen befestigt
werden.
-
Der
Schwingungsabschnitt 15 kann freitragend durch einen einzigen
Halteabschnitt 11a gehalten werden. In diesem Fall nimmt
die Schwingung des Schwingungsabschnitts 15 einen hohen
Wert an, wenn dies mit dem durch zwei Halteabschnitte 11a gehaltenen
Schwingungsabschnitt 15 verglichen wird. Auf diese Weise
kann die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 70 verbessert
werden. Anstelle des piezoelektrischen Schwingungsdetektors 12 kann
ein kapazitiver Schwingungsdetektor verwendet werden, welcher die
Schwingung auf der Grundlage von Kapazitätsänderungen erfasst. Da der kapazitive
Detektor eine breite Resonanzfrequenz aufweist, kann er leicht gefertigt
werden, da die Komponenten nicht sehr präzise ausgebildet sein müssen.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform
offenbart wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie auf verschiedene
Weisen verwirklicht werden kann, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen,
so wie er in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt wird.
-
Vorstehend
wurde ein Ultraschallsensor zur Verwendung in einem Fahrzeug offenbart.
-
Ein
Ultraschallsensor 70 zur Erfassung einer Position und/oder
einer Form eines sich in der Nähe eines
Kraftfahrzeugs befindlichen Objekts M ist an einer Struk tur des
Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Stoßstange 52, befestigt.
Der Ultraschallsensor weist ein Empfangsbauteil 31 zum
Empfangen von Ultraschallwellen, die von dem zu erfassenden Objekt
reflektiert werden, und ein Empfangselement 10 mit einer
Mehrzahl von Schwingungsabschnitten 15a-15d auf.
Das Empfangsbauteil 31 ist durch Abfangschlitze 31i in
eine Mehrzahl von Empfangsbereichen 31a, 31b,
usw. untergeteilt, die jeweils einem jeweiligen Schwingungsabschnitt 15a-15d zugeordnet
sind. Der Abfangschlitz 31i beseitigt oder unterdrückt ein Übersprechen
zwischen benachbarten Empfangsbereichen 31a, 31b,
usw., wodurch ein durch das Übersprechen
bedingtes Erfassungsrauschen verringert und die Erfassungsempfindlichkeit
des Ultraschallsensors verbessert werden. Der Abfangschlitz 31i ist derart
ausgebildet, dass er die Gleichung 0.35 ≤ L/T ≤ 0.60 erfüllt, wobei L eine Tiefe des
Schlitzes 31i und T eine Dicke des Empfangselements 31 beschreibt. Auf
diese Weise kann das in Erfassungsrauschen resultierende Übersprechen
ausreichend unterdrückt werden.