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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zur Verwendung
in einem Kraftfahrzeug, wobei der Ultraschallsensor Ultraschallwellen empfängt,
die von einem zu erfassenden Objekt reflektiert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann das durch das Übersprechen
bedingte Erfassungsrauschen beseitigt oder ausreichen unterdrückt
und der Ultraschallsensor gleichzeitig klein ausgebildet werden.
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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:
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1A eine
Draufsicht eines einzelnen Empfangselements eines Ultraschallsensors
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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1B eine
Querschnittsansicht des Empfangselements entlang der Linie IB-IB
in der 1;
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2 eine
Draufsicht eines gesamten Empfangselements mit vier einzelnen Empfangselementen;
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3 eine
Querschnittsansicht des Ultraschallsensors mit einem Empfangsbauteil
und einem am Empfangbauteil befestigten Empfangselement;
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4 ein
Diagramm mit den Ausgangssignalen zweier benachbarter Empfangselemente
und einem Übersprechbetrag zwischen diesen beiden;
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5 ein
Diagramm eines Übersprechgrads bezüglich eines
Verhältnisses L/T, wobei L eine Tiefe eines Schlitzes und
T eine Dicke eines Empfangselements beschreibt;
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6 ein
Diagramm eines Richtungsfehlers in Grad bezüglich eines
Signal-Rausch-Verhältnisses in dB;
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7A bis 7D Übersprechansichten modifizierter
Formen des im Empfangsbauteil gebildeten Schlitzes; und
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8A bis 8C Querschnittsansichten weiterer
modifizierter Formen des im Empfangsbauteil gebildeten Schlitzes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 L/T-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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorstehend
wurde ein Ultraschallsensor zur Verwendung in einem Fahrzeug offenbart.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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