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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor und ein Selbstdiagnoseverfahren
des Ultraschallsensors.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Herkömmlicherweise
beinhaltet ein Ultraschallsensor ein Ultraschallwellen-Erfassungselement,
das an einem Sendeelement an gebracht ist, das eine Ultraschallwelle
sendet. Zum Beispiel besteht das Sendeelement aus Metall oder Harz.
Der Ultraschallsensor sendet eine Ultraschallwelle von einer Sendevorrichtung
und empfängt die Ultraschallwelle, die von einem externen
Objekt reflektiert wird, unter Verwendung einer Empfangsvorrichtung. Dadurch
erfasst die Ultraschallwelle eine Stelle des Objekts, einen Abstand
zu dem Objekt, eine zweidimensionale Form des Objekts oder eine
dreidimensionale Form des Objekts. Der Ultraschallsensor kann geeignet
für ein Überwachungssystem eines Fahrzeugs verwendet
werden. Jedoch kann der Ultraschallsensor, der an das Fahrzeug angebracht
ist, durch einen externen Faktor, wie zum Beispiel einen Stoß,
beschädigt werden. Wenn der Ultraschallsensor beschädigt
wird, kann das Überwachungssystem ein Fehlverhalten aufweisen
und es kann schwierig sein, eine Person oder ein Hindernis mit einem
hohen Genauigkeitsgrad zu erfassen.
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Die
US2006/0196272 A ,
die der
JP-2006-242650A entspricht,
offenbart ein Selbstdiagnoseverfahren eines Ultraschallsensors,
der eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen beinhaltet. Der Ultraschallsensor
führt Selbstdiagnosen auf der Grundlage einer Intensitätsdifferenz
von Empfangssignalen der Empfangsvorrichtungen zu einer Zeit, zu
der die Empfangsvorrichtungen eine Ultraschallwelle erfassen, die
von einem externen Objekt reflektiert wird, durch. Da das vorliegende
Selbstdiagnoseverfahren die Ultraschallwelle verwendet, die von dem
externen Objekt reflektiert wird, kann der Ultraschallsensor kein
Fehlverhalten erfassen, wenn es kein Objekt in einem Erfassungsbereich
gibt. Zum Beispiel kann der Ultraschallsensor, wenn das Fahrzeug
in einer Garage oder auf einem Parkplatz geparkt ist, an welchem
es kein Objekt vor ihm gibt, kein Fehlverhalten erfassen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die vorhergehenden Probleme ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, sowohl ein Selbstdiagnoseverfahren eines
Ultraschallsensors ohne Verwendung einer Ultraschallwelle, die von
einem externen Objekt reflektiert wird, als auch einen Ultraschallsensor
zu schaffen, der eine Selbstdiagnose ohne Verwendung einer Ultraschallwelle
durchführen kann, die von einem externen Objekt reflektiert
wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Selbstdiagnoseverfahren
eines Ultraschallsensors: Senden einer Ultraschallwelle von einer
ersten Empfangsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, senden und empfangen
zu können; Senden der Ultraschallwelle durch ein Vibrations-Verringerungselement;
Erfassen der Ultraschallwelle durch eine zweite Empfangsvorrichtung; und
Bestimmen, ob die zweite Empfangsvorrichtung ohne Fehlverhalten
arbeitet, auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten
Empfangsvorrichtung. Jede der Empfangsvorrichtungen beinhaltet ein Erfassungselement
und ein akustisches bzw. Schall-Anpassungsteil. Jedes der Erfassungselemente
weist eine erste akustische Impedanz bzw. Schallimpedanz auf und
ist dazu ausgelegt, eine Ultraschallwelle zu senden, die von einer
Sendevorrichtung gesendet wird und die von einem externen Objekt
reflektiert wird. Jedes der akustischen Anpassungsteile weist eine
zweite akustische Impedanz auf und weist eine Empfangsoberfläche
und eine Anbringungsoberfläche auf. Jede der Empfangsoberflächen
liegt zum Erfassen der Ultraschallwelle, die von dem externen Objekt
reflektiert wird, nach außen frei. Jede der Anbringungsoberflächen
liegt der Empfangsoberfläche gegenüber und ist
zum Senden der Ultraschallwelle, die von der Empfangsoberfläche empfangen
wird, zu dem Erfassungselement an dem Erfassungselement angebracht.
Die zweite akustische Impedanz ist größer als
eine akustische Impedanz von Luft und ist kleiner als die erste
akustische Impedanz. Das akustische Anpassungsteil der ersten Empfangsvorrichtung
und das akustische Anpassungsteil der zweiten Empfangsvorrichtung
sind durch das Vibrations-Verringerungselement zum Verringern eines Übertragens
einer Vibration zwischen den akustischen Anpassungsteilen angeordnet.
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In
dem vorliegenden Selbstdiagnoseverfahren kann der Ultraschallsensor
ein Fehlverhalten der zweiten Empfangsvorrichtung ohne Senden einer
Ultraschallwelle zu dem externen Objekt und Erfassen der Ultraschallwelle
erfassen, die von dem externen Objekt reflektiert wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Selbstdiagnoseverfahren
eines Ultraschallsensors: Senden einer Ultraschallwelle von einer
ersten Empfangsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, senden und empfangen
zu können; Senden der Ultraschallwelle durch ein Verkapselungselement;
Erfassen der Ultraschallwelle durch eine zweite Empfangsvorrichtung;
und Bestimmen, ob die zweite Empfangsvorrichtung ein Fehlverhalten
aufweist, auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten
Empfangsvorrichtung. Jeder der Empfangsvorrichtungen beinhaltet
ein Erfassungselement und ein akustisches Anpassungsteil. Jedes der
Erfassungselemente weist eine erste akustische Impedanz auf und
ist dazu ausgelegt, eine Ultraschallwelle zu erfassen, die von einer
Sendevorrichtung gesendet wird und die von einem externen Objekt
reflektiert ist. Jedes der akustischen Anpassungsteile weist eine
zweite akustische Impedanz auf und weist eine Empfangsoberfläche
und eine Anbringungsoberfläche auf. Jeder der Empfangsoberflächen
liegt zum Erfassen der Ultraschallwelle, die von dem externen Objekt
reflektiert wird, nach außen frei. Jede der Anbringungsoberflächen
liegt der Empfangsoberfläche gegenüber und ist
zum Senden der Ultraschallwelle, die von der Empfangsoberfläche empfangen
wird, zu dem Erfassungselement an dem Erfassungselement angebracht.
Die zweite akustische Impedanz ist größer als
eine akustische Impedanz von Luft und kleiner als die erste akustische
Impedanz. Das akustische Anpassungsteil der ersten Empfangsvorrichtung
und das akustische Anpassungsteil der zweiten Empfangsvorrichtung
sind durch ein Vibrations-Verringerungselement zum Verringern eines Übertragens
einer Vibration zwischen den akustischen Anpassungsteilen angeordnet.
Das Erfassungselement der ersten Empfangsvorrichtung und das Erfassungselement
der zweiten Empfangsvorrichtung sind durch das Verkapselungselement verkapselt.
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In
dem vorliegenden Selbstdiagnoseverfahren kann der Ultraschallsensor
ein Fehlverhalten der zweiten Empfangsvorrichtung ohne Senden einer
Ultraschallwelle zu dem externen Objekt und Erfassen der Ultraschallwelle
erfassen, die von dem externen Objekt reflektiert wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Selbstdiagnoseverfahren
eines Ultraschallsensors: Senden einer Ultraschallwelle von einer
ersten Sendevorrichtung; Erfassen der Ultraschallwelle durch eine
Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen; und Bestimmen, ob jede der Empfangsvorrichtungen
ohne Fehlverhalten arbeitet, auf der Grundlage eines Erfassungssignals von
jeder der Empfangsvorrichtungen. Jeder der Empfangsvorrichtungen
beinhaltet ein Erfassungselement und ein akustisches Anpassungsteil.
Jedes der Erfassungselemente weist eine erste akustische Impedanz
auf und ist dazu ausgelegt, eine Ultraschallwelle zu erfassen, die
von einer zweiten Sendevorrichtung gesendet wird und die von einem
externen Objekt reflektiert wird. Jedes der akustischen Anpassungsteile
weist eine zweite akustische Impedanz auf und weist eine Empfangsoberfläche
und eine Anbringungsoberfläche auf. Jede der Empfangsoberflächen
liegt zum Erfassen der Ultraschallwelle, die von dem Objekt reflektiert
wird, nach außen frei. Jeder der Anbringungsoberflächen
liegt der Empfangsoberfläche gegenüber und ist
zum Senden der Ultraschallwelle, die von der Empfangsoberfläche
empfangen wird, zu dem Erfassungselement angeordnet. Jede der zweiten
akustischen Impedanzen ist größer als eine akustische
Impedanz von Luft und kleiner als die erste akustische Impedanz.
Die erste Sendevorrichtung ist auf einer Seite der Erfassungselemente
bezüglich der Empfangsoberflächen angeordnet.
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In
dem vorliegenden Selbstdiagnoseverfahren kann der Ultraschallsensor
ein Fehlverhalten der Empfangsvorrichtungen ohne Senden einer Ultraschallwelle
zu dem externen Objekt und Erfassen der Ultraschallwelle erfassen,
die von dem externen Objekt reflektiert wird.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Ultraschallsensor
eine Sendevorrichtung, eine erste Empfangsvorrichtung, eine zweite
Empfangsvorrichtung, ein Vibrations-Verringerungselement und eine
elektronische Steuereinheit. Die Sendevorrichtung ist dazu ausgelegt,
eine Ultraschallwelle zu einem externen Objekt zu senden. Die erste
Empfangsvorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Ultraschallwelle senden
zu können. Jede der ersten Empfangsvorrichtung und der
zweiten Empfangsvorrichtung beinhaltet ein Erfassungselement und
ein akustisches Anpassungsteil. Jedes der Erfassungselemente weist
eine erste akustische Impedanz auf und ist dazu ausgelegt, die Ultraschallwelle
zu erfassen, die von der Sendevorrichtung gesendet wird und die
von dem externen Objekt empfangen wird. Jedes der akustischen Anpassungsteile weist
eine erste akustische Impedanz auf und weist eine Empfangsoberfläche
und eine Anbringungsoberfläche auf. Jede der Empfangsoberflächen
liegt zum Erfassen der Ultraschallwelle, die von dem externen Objekt
reflektiert wird, nach außen frei. Jede der Anbringungsoberflächen
liegt der Empfangsoberfläche gegenüber und ist
zum Senden der Ultraschallwelle, die von der Empfangsoberfläche
empfangen wird, zu dem Erfassungselement an dem Erfassungselement
angebracht. Die zweite akustische Impedanz ist größer
als eine akustische Impedanz von Luft und kleiner als die erste
akustische Impedanz. Das Vibrations-Verringerungselement ist zwischen
dem akustischen Anpassungsteil der ersten Empfangsvorrichtung und
dem akustischen Anpassungsteil der zweiten Empfangsvorrichtung zum
Verringern eines Übertragens einer Vibration zwischen den
akustischen Anpassungsteilen angeordnet. Eine Bestimmungseinheit
bestimmt auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten Empfangsvorrichtung,
wenn die zweite Empfangsvorrichtung die Ultraschallwelle erfasst,
die von der ersten Empfangsvorrichtung durch das Vibrations-Verringerungselement
gesendet wird, ob die zweite Empfangsvorrichtung ohne Fehlverhalten
arbeitet,.
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Der
vorliegende Ultraschallsensor kann ein Fehlverhalten der zweiten
Empfangsvorrichtung ohne Senden einer Ultraschallwelle zu dem externen Objekt
und Erfassen der Ultraschallwelle erfassen, die von dem externen
Objekt reflektiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1A eine
Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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1B eine
Querschnittsansicht des Ultraschallsensors, die entlang einer Linie
IB-IB in 1A genommen ist;
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2A eine
schematische Darstellung eines Zustands, in dem eine Ultraschallwelle,
die von einem externen Objekt reflektiert wird, von Empfangsvorrichtungen
erfasst wird;
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2B ein
Zeitablaufsdiagramm von Erfassungssignalen der Empfangsvorrichtungen;
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3A ein
Zeitablaufsdiagramm der Erfassungssignale in einem Fall, in dem
die Empfangsvorrichtungen ohne Fehlverhalten arbeiten;
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3B und 3C Zeitablaufsdiagramme der
Erfassungssignale in einem Fall, in dem mindestens eine der Empfangsvorrichtungen
ein Fehlverhalten aufweist;
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4 ein
Zeitablaufsdiagramm einer Temperaturabhängigkeit der Erfassungssignale;
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5 einen
Graph einer Temperaturabhängigkeit einer Resonanzfrequenz
von akustischen Anpassungsteilen;
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6 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 einen
Graph von Resonanzsignalen der akustischen Anpassungsteile und des
Verkapselungselements;
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8 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
und
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9 eine
schematische Darstellung von beispielhaften Abschnitten eines Fahrzeugs,
an welchem der Ultraschallsensor angebracht ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Ein
Ultraschallsensor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1A bis 5 und 9 beschrieben.
Zum Beispiel kann der Ultraschallsensor 10 geeignet als
ein Hindernissensor verwendet werden, der an einem Fahrzeug 60 angebracht
ist, das in 9 gezeigt ist. In dem vorliegenden
Fall entspricht eine Vorderseite in 1A und eine
Oberseite in 1B einem Äußeren
des Fahrzeugs 60. Weiterhin entspricht eine Aufwärts-
und Abwärtsrichtung in 1A einer
Aufwärts- und Abwärtsrichtung bezüglich
einer Bodenoberfläche.
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Der
Ultraschallsensor 10 beinhaltet erste bis vierte Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4. Jede der Empfangsvorrichtungen beinhaltet ein piezoelektrisches
Element 11 und ein akustisches Anpassungsteil 12.
Die piezoelektrischen Elemente 11 erfassen eine Ultraschallwelle,
die von einer Sendevorrichtung (nicht gezeigt) zu einer Vorderseite
des Fahrzeugs 60 gesendet wird und von einem externen Objekt
reflektiert wird, das sich vor dem Fahrzeug 60 befindet.
Die akustischen Anpassungsteile 12 empfangen die Ultraschallwelle
und übertragen eine Vibration. Mindestens eine der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 kann senden und empfangen. In dem vorliegenden Fall ist zum
Beispiel die erste Empfangsvorrichtung R1 dazu ausgelegt, senden
und empfangen zu können.
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Die
zweite Empfangsvorrichtung R2 ist auf einer rechten Seite der ersten
Empfangsvorrichtung R1 angeordnet, die dritte Empfangsvorrichtung
R3 ist auf einer Unterseite der ersten Empfangsvorrichtung R1 angeordnet
und die vierte Empfangsvorrichtung R4 ist auf einer Unterseite der
zweiten Empfangsvorrichtung R2 angeordnet. Jedes der akustischen
Anpassungsteile 12 weist eine Empfangsoberfläche 12a zum
Empfangen der Ultraschallwelle, eine Anbringungsoberfläche 12b,
die der Empfangsoberfläche 12a gegenüber
liegt, und Seitenoberflächen 12c auf. Der Ultraschallsensor 10 beinhaltet
weiterhin ein Gehäuse 15 und ein Vibrations-Verringerungselement 13.
Die Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 sind unter Verwendung eines
Klebstoffs durch das Vibrations-Verringerungselement 13 an
einem Öffnungsabschnitt des Gehäuses 15 befestigt.
Jeder Abschnitt der Seitenoberflächen 12c auf
einer Seite der Empfangsoberfläche 12a kontaktiert
das Vibrations-Verringerungselement 13. Das Vibrations-Verringerungselement 13 verringert
ein Übertragen der Vibration zwischen den Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4.
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Wie
es in 1B und 9 gezeigt
ist, ist der Ultraschallsensor 10 an einem vorbestimmten Abschnitt
des Gehäuses 60, zum Beispiel einer Stoßstange,
angebracht. Die Stoßstange 20 weist ein Anbringungsteil 20a zum
Unterbringen des Gehäuses 15 auf. Eine Seitenoberfläche
des Gehäuses 15 ist auf eine derartige Weise an
dem Anbringungsteil 22a angebracht, dass die Empfangsoberflächen 12a nach
außerhalb der Stoßstange 20 frei liegen.
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Die
piezoelektrischen Elemente 11 sind an den Anbringungsoberflächen 12b durch
zum Beispiel einen Klebstoff angebracht. Jedes der piezoelektrischen
Elemente 11 weist eine im Wesentlichen quadratische Prismenform
mit Sockelkanten von ungefähr 2 mm und einer Dicke von
ungefähr 3 mm auf. Jedes der piezoelektrischen Elemente 11 weist
einen piezoelektrischen Körper und Elektroden auf, die
auf einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche
des piezoelektrischen Körpers angebracht sind. Zum Beispiel
besteht der piezoelektrische Körper aus Bleizirkonattitanat
bzw. PZT. Jede der Elektroden ist durch einen Draht mit einer Schaltungsvorrichtung (nicht
gezeigt) elektrisch gekoppelt. Die Schaltungsvorrichtung verarbeitet
ein Spannungssignal aus den piezoelektrischen Elementen 11.
Die Schaltungsvorrichtung ist elektrisch mit einer elektronischen
Steuereinheit bzw. ECU gekoppelt und führt eine arithmetische
Verarbeitung auf der Grundlage des Spannungssignals aus den piezoelektrischen
Elementen 11 aus. Da das PZT eine hohe piezoelektrische
Konstante aufweist, kann das PZT eine Ultraschallwelle empfangen,
die einen kleinen Schalldruck aufweist.
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Jedes
der akustischen Anpassungsteile 12 besteht aus einem Material,
das eine akustische Impedanz aufweist, die größer
als die akustische Impedanz von Luft und kleiner als eine akustische
Impedanz der piezoelektrischen Elemente 11 ist. Jedes der
akustischen Anpassungsteile 12 weist eine Prismenform auf,
die eine ungefähr quadratische Querschnittsform aufweist.
In einem Fall, in dem die akustischen Anpassungsteile 12 vorgesehen
sind, kann eine Differenz der akustischen Impedanz an einer Grenzfläche
bezüglich Luft verglichen mit einem Fall verringert werden,
in dem die akustischen Anpassungsteile 12 nicht vorgesehen
sind. Das heißt, die Differenz der akustischen Impedanz
zwischen Luft und den akustischen Anpassungsteilen 12 ist
kleiner als die Differenz der akustischen Impedanz zwischen Luft
und den piezoelektrischen Elementen 11. Daher können
die Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 eine Reflexion der Ultraschallwelle
an der Grenzfläche bezüglich Luft verringern und
die Ultraschallwelle vergrößern, die die Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 erreicht. Weiterhin sind die akustischen Anpassungsteile 12 an
einem Äußeren der piezoelektrischen Elemente 11 vorgesehen
und sind dadurch die piezoelektrischen Elemente 11 von
dem Äußeren der Stoßstange 20 unsichtbar.
Daher wirken die akustischen Anpassungsteile 12 als Schutzelemente
zum Schützen der piezoelektrischen Elemente 11 vor
einem Fremdmaterial und Feuchtigkeit. Zum Beispiel bestehen die
akustischen Anpassungsteile 12 aus Polykarbonatharz oder Polyetherimidharz.
Jedes des Polykarbonatharzes und des Polyetherimidharzes weist eine
Elastizität auf, die durch eine Temperatur wenig beeinträchtigt
wird. Daher wird eine Wellenlänge der Ultraschallwelle,
die durch die akustischen Anpassungsteile 12 gesendet wird,
durch die Temperatur wenig beeinträchtigt.
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Jedes
der akustischen Anpassungsteile 12 weist eine Breite W
auf, die kleiner oder gleich einer halben Wellenlänge der
Ultraschallwelle ist, die in Luft gesendet wird. Die akustischen
Anpassungsteile 12 sind derart angeordnet, dass ein Abstand
Db zwischen Mittenabschnitten von zwei angrenzenden akustischen
Anpassungsteilen 12 im Wesentlichen gleich der halben Wellenlänge
der Ultraschallwelle ist. Weiterhin weist jedes der akustischen
Anpassungsteile 12 eine Dicke T auf, die im Wesentlichen einer
viertelten Wellenlänge der Ultraschallwelle ist, die in
den akustischen Anpassungsteilen 12 gesendet wird. Zum
Beispiel weist, wenn eine Frequenz der Ultraschallwelle ungefähr
65 kHz ist, jedes der akustischen Anpassungsteile 12 eine
Breite W von ungefähr 2,6 mm und eine Dicke T von ungefähr
5 mm auf.
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Wenn
die Dicke T der akustischen Anpassungsteile 12 im Wesentlichen
eine viertelte Wellenlänge der Ultraschallwelle ist, wird
eine Stehwelle in den akustischen Anpassungsteilen 12 erzeugt.
Dadurch wird eingeschränkt, dass sich die Ultraschallwelle,
die die akustischen Anpassungsteile 12 erreicht, und die
Ultraschallwelle, die an Grenzflächen zwischen den akustischen
Anpassungsteilen 12 und den piezoelektrischen Elementen 11 reflektiert
wird einander stören und einander verringern. Daher kann die
Ultraschallwelle wirksam zu den piezoelektrischen Elementen 11 gesendet
werden. Das Material der akustischen Anpassungsteile 12 ist
nicht auf das Harz beschränkt. Alternativ können
die akustischen Anpassungsteile 12 aus einem Metall, das
Aluminium beinhaltet, Keramik oder Glas bestehen, das die Beziehung
der akustischen Impedanzen und die Beziehung zwischen der Wellenlänge
und einer Abmessung erfüllt, die die Breite W, den Abstand
Db und die Dicke T aufweisen. Jedes der zuvor beschriebenen Materialien
weist einen Umgebungswiderstand auf, der einen Wetterwiderstand
beinhaltet, der ähnlich zu dem von Harz ist. Die Querschnittsform
der akustischen Anpassungsteile 12 ist nicht auf die ungefähr quadratische
Form beschränkt. Alternativ kann die Querschnittsform der
akustischen Anpassungsteile 12 eine ungefähr kreisförmige
Form sein.
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Das
Vibrations-Verringerungselement 13 besteht aus einem Material,
das eine kleinere akustische Impedanz und eine höhere Dämpfungskonstante
verglichen mit den akustischen Anpassungsteilen 12 aufweist.
Weiterhin besteht das Vibrations-Verringerungselement 13 aus
einem Material, das eine kleine Elastizität und eine kleine
Dichte aufweist. Zum Beispiel kann das Vibrations-Verringerungselement 13 aus
Gummi, einem Harz, das Poren aufweist, wie zum Beispiel einem Harzschaum,
oder einem Schwamm bestehen.
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Das
Vibrations-Verringerungselement 13 ist zwischen den akustischen
Anpassungsteilen 12 und zwischen jedem der akustischen
Anpassungsteile 12 und der Stoßstange 20 vorgesehen.
Dadurch wird die Ultraschallwelle vor einem Senden von einem der akustischen
Anpassungsteile 12 zu dem angrenzenden akustischen Anpassungsteil 12 verringert.
Weiterhin wird die Ultraschallwelle vor einem Senden von der Stoßstange 20 zu
den Seitenoberflächen 12c der akustischen Anpassungsteile 12 durch
das Anbringungsteil 20a verringert. Daher kann Rauschen
verringert werden. Weiterhin weist, wenn das Vibrations-Verringerungselement 13 aus
einem Material besteht, das eine kleine Elastizität aufweist,
das Vibrations-Verringerungselement 13 einen geringeren Effekt
bezüglich Vibrationen der akustischen Anpassungsteile 12 aufgrund
der Ultraschallwelle auf. Daher kann eine Dämpfung der
Ultraschallwelle verringert werden.
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Der
Ultraschallsensor 10 sendet die Ultraschallwelle von der
Sendevorrichtung (nicht gezeigt) oder der ersten Empfangsvorrichtung
R1 und empfängt die Ultraschallwelle, die von einem externen Objekt
reflektiert wird, an den Empfangsoberflächen 12a der
akustischen Anpassungsteile 12. Die Ultraschallwelle, die
von den Empfangsoberflächen 12a empfangen wird,
wird durch die akustischen Anpassungsteile 12 zu den piezoelektrischen
Elementen 11 gesendet. Dann erfassen die piezoelektrischen
Elemente 11 die Ultraschallwelle und wandeln diese zu Spannungssignalen.
Die piezoelektrischen Elemente 11 geben die Spannungssignale
durch die Schaltungsvorrichtung (nicht gezeigt) zu der ECU aus.
Die ECU führt die arithmetische Verarbeitung aus. Dadurch
erfasst der Ultraschallsensor 10 eine Stelle des Objekts,
einen Abstand zu dem Objekt, eine zweidimensionale Form des Objekts
oder eine dreidimensionale Form des Objekts.
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Ein
Verfahren eines Erfassens der dreidimensionalen Form des Objekts
wird nun unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben. In
dem vorliegenden Fall befindet sich ein Hindernis M an einem Abschnitt,
der von einer Vorderseite des Fahrzeugs in einem Abstand Dh und
in einem Winkel von θh auf einer rechten Seite (auf einer
Seite der ersten Empfangsvorrichtung R1) bezüglich der
Vorderseite des Fahrzeugs entfernt ist.
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Eine
Ultraschallwelle, die von einer Sendevorrichtung S1 (nicht gezeigt)
zu einer Zeit t0 gesendet wird, wird von dem Hindernis M reflektiert
und von der ersten Empfangsvorrichtung R1 und der zweiten Empfangsvorrichtung
R2 zu einer Zeit t1 bzw. einer Zeit t2 empfangen. Da sich das Hindernis
M auf der rechten Seite bezüglich der Vorderseite des Fahrzeugs
befindet, ist ein erster Abstand L1 von der ersten Empfangsvorrichtung
R1 zu dem Hindernis M kürzer als ein zweiter Abstand 12 von
der zweiten Empfangsvorrichtung R2 zu dem Hindernis M. Daher ist
eine Zeit t1 – t0 von da an, wenn die Ultraschallwelle
von der Sendevorrichtung gesendet wird, bis dahin, wenn die Ultraschallwelle,
die von dem Hindernis M reflektiert wird, von der ersten Empfangsvorrichtung
R1 empfangen wird, kürzer als eine Zeit t2 – t0
von da an, wenn die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung gesendet
wird, bis dahin, wenn die Ultraschallwelle, die von dem Hindernis
M reflektiert wird, von der zweiten Empfangsvorrichtung R2 empfangen
wird. Wenn der Winkel θh groß wird, wird die Abstandsdifferenz
L2 – L1 groß und wird dadurch die Zeitdifferenz
t2 – t1 groß. Daher kann der Winkel Oh unter Verwendung
der Zeitdifferenz t2 – t1 berechnet werden. Weiterhin kann
der mittlere Abstand Th von der ersten Empfangsvorrichtung R1 und
der zweiten Empfangsvorrichtung R2 zu dem Hindernis M unter Verwendung
eines Mittelwerts der Zeit t1 – t0 und der Zeit t2 – t0
berechnet werden.
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Auf
eine Weise ähnlich dem zuvor beschriebenen Verfahren können
ein Winkel θv des Hindernisses M bezüglich der
Aufwärts- und Abwärtsrichtung bezüglich
des Ultraschallsensors 10 und ein mittlerer Abstand Tv
von der ersten Empfangsvorrichtung R1 und der dritten Empfangsvorrichtung
R3 zu dem Hindernis M unter Verwendung von Zeiten t1 und t3 berechnet
werden, zu denen die Ultraschallwelle, die von dem Hindernis M reflektiert
wird, von der ersten Empfangsvorrichtung R1 bzw. der dritten Empfangsvorrichtung
R3 erfasst wird. Alternativ können der Winkel θv
des Hindernisses M bezüglich der Aufwärts- und
Abwärtsrichtung und ein mittlerer Abstand von der ersten
Empfangsvorrichtung R2 und der dritten Empfangsvorrichtung R4 zu
dem Hindernis M unter Verwendung von Zeitpunkten t2 und t4 berechnet
werden, zu denen die Ultraschallwelle, die von dem Hindernis M reflektiert
wird, von der zweiten Empfangsvorrichtung R2 bzw. der vierten Empfangsvorrichtung
R4 erfasst wird.
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Ein
Abstand und eine Richtung des Hindernisses M bezüglich
des Ultraschallsensors 10 können auf der Grundlage
der Abstände Dh und Dv und der Winkel θh und θv
berechnet werden. Daher kann die dreidimensionale Form des Hindernisses
M auf der Grundlage der Differenz der Zeit, zu der die Ultraschallwelle,
die von dem Hindernis M reflektiert wird, von den ersten bis vierten
Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 erfasst wird, berechnet werden.
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Alternativ
kann die dreidimensionale Form des Hindernisses M auf der Grundlage
einer Phasendifferenz der Ultraschallwelle berechnet werden, die von
den ersten bis vierten Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 erfasst wird.
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In
dem Ultraschallsensor 10 weist jedes der akustischen Anpassungsteile 12 die
Breite W auf, die kleiner oder gleich der halben Wellenlänge
der Ultraschallwelle ist, die in Luft gesendet wird. Weiterhin sind
die akustischen Anpassungsteile 12 auf eine derartige Weise
angeordnet, dass der Abstand Db zwischen den Mittenabschnitten von
zwei angrenzenden akustischen Anpassungsteilen 12 im Wesentlichen
gleich der halben Wellenlänge der Ultraschallwelle ist.
In dem vorliegenden Fall kann die Zeitdifferenz auf der Grundlage
der Phasendifferenz der Ultraschallwelle, die von den Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 empfangen wird, mit einem hohen Genauigkeitsgrad berechnet
werden. Daher können der Abstand und der Winkel des Hindernisses
M bezüglich des Ultraschallsensors 10 mit einem
hohen Genauigkeitsgrad berechnet werden. Auch dann, wenn die Breite
W größer als die halbe Wellenlänge der
Ultraschallwelle ist, die in Luft gesendet wird, kann die dreidimensionale
Form des Objekts erfasst werden.
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Ein
Selbstdiagnoseverfahren des Ultraschallsensors 10 wird
unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben.
Zuerst sendet das piezoelektrische Element 11 der ersten
Empfangsvorrichtung R1, welche dazu ausgelegt ist, senden und empfangen
zu können, eine Ultraschallwelle zu dem akustischen Anpassungsteil 12.
Die Ultraschallwelle, die von der ersten Empfangsvorrichtung R1 gesendet
wird, weist eine Intensität auf, die höher als die
der Ultraschallwelle ist, die von dem Hindernis M reflektiert wird,
und kann durch das Vibrations-Verringerungselement 13 gesendet
werden. Zum Beispiel ist die Intensität der Ultraschallwelle,
die von der ersten Empfangsvorrichtung R1 gesendet wird, zehnmal höher
als die der Ultraschallwelle, die von dem Hindernis M reflektiert
wird. Die Ultraschallwelle, die von dem akustischen Anpassungsteil 12 der
ersten Empfangsvorrichtung R1 zu dem Vibrations-Verringerungselement 13 gesendet
wird, wird zu den akustischen Anpassungsteilen 12 der zweiten
bis vierten Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 gesendet.
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Die
Mittenabschnitte der zweiten Empfangsvorrichtung R2 und der dritten
Empfangsvorrichtung R3 sind jeweils von dem Mittenabschnitt der
ersten Empfangsvorrichtung R1 in dem Abstand Db entfernt. Weiterhin
ist der Mittenabschnitt der vierten Empfangsvorrichtung R4 von dem
Mittenabschnitt der ersten Empfangsvorrichtung R1 in dem Abstand √2Db
entfernt. Daher wird, wenn die zweiten bis vierten Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 ohne Fehlverhalten betrieben werden, eine Ultraschallwelle,
die von der ersten Empfangsvorrichtung R1 zu einer Zeit t5 gesendet
wird, von der zweiten Empfangsvorrichtung R2 und der dritten Empfangsvorrichtung
R3 im Wesentlichen zu der gleichen Zeit t6 erfasst und von der vierten
Empfangsvorrichtung R4 zu einer Zeit t7 erfasst, die später
als die Zeit t6 ist, wie es in 3A gezeigt
ist. Die Ultraschallwelle, die von der vierten Empfangsvorrichtung
R4 erfasst wird, ist länger durch das Vibrations-Verringerungselement 13 gesendet
worden, als die Ultraschallwelle, die von der zweiten Empfangsvorrichtung
R2 und der dritten Empfangsvorrichtung R3 erfasst wird. Daher ist
eine Intensität h4 des Erfassungssignals der vierten Empfangsvorrichtung
R4 niedriger als eine Intensität h2 des Erfassungssignals
der zweiten Empfangsvorrichtung R2 und eine Intensität
h3 des Erfassungssignals der dritten Empfangsvorrichtung R3. In
dem vorliegenden Fall sind die Intensität h2 und die Intensität h3
im Wesentlichen gleich zueinander.
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In
einem Fall, in dem eine der Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 beschädigt
ist und ein Fehlverhalten aufweist, ändert sich das Erfassungssignal
der beschädigten Empfangsvorrichtung. Zum Beispiel kann,
wenn die dritte Empfangsvorrichtung R3 und die vierte Empfangsvorrichtung
R4 ein Fehlverhalten aufweisen, eine Intensität h31 des
Erfassungssignals der dritten Empfangsvorrichtung R3 kleiner als
die Intensität h2 des Erfassungssignals der zweiten Empfangsvorrichtung
R2 sein, wie es in 3B gezeigt ist. Weiterhin kann
die vierte Empfangsvorrichtung R4 kein Signal erfassen. Auf diese
Weise kann sich der Ultraschallsensor 10 zum Erfassen einer
Empfangsvorrichtung, die eine Störung aufweist, durch Vergleichen
der Intensitäten der Erfassungssignale der zweiten bis
vierten Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 mit denjenigen in einem
Fall, in dem die zweiten bis vierten Empfangsvorrichtungen R2 bis
R4 ohne Fehlverhalten arbeiten, selbst diagnostizieren. Daher kann
der Ultraschallsensor 10 ein Fehlverhalten einer Empfangsvorrichtung
ohne Senden einer Ultraschallwelle zu einem externen Objekt und
Erfassen der Ultraschallwelle erfassen, die von dem externen Objekt
reflektiert wird.
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In
einem Fall, in dem die Intensitäten der Erfassungssignale
von allen der zweiten bis vierten Empfangsvorrichtungen R2 bis R4
verringert sind, wie es in 3C gezeigt
ist, oder in einem Fall, in dem alle der zweiten bis vierten Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 kein Signal erfassen, weisen alle der zweiten bis vierten
Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 ein Fehlverhalten auf oder weist
die erste Empfangsvorrichtung R1 ein Fehlverhalten auf. Wenn die zweite
Empfangsvorrichtung R2 ebenso dazu ausgelegt ist, senden zu können,
kann der Ultraschallsensor 10 durch Vergleichen der Erfassungssignale
der Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 in einem Fall, in dem die erste
Empfangsvorrichtung R1 die Ultraschallwelle sendet, mit den Erfassungssignalen
von Empfangsvorrichtungen R1, R3 und R4 in einem Fall, in dem die
zweite Empfangsvorrichtung R2 die Ultraschallwelle sendet, erfassen,
welche Empfangsvorrichtung ein Fehlverhalten aufweist,.
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Zum
Beispiel sperrt der Ultraschallsensor 10, wenn der Ultraschallsensor 10 in
der Selbstdiagnose erfasst, dass die vierte Empfangsvorrichtung
R4 ein Fehlverhalten aufweist, das Erfassungssignal von der vierten
Empfangsvorrichtung R4 und erfasst das Hindernis M unter Verwendung
der Empfangsvorrichtungen R1 bis R3. Dadurch kann der Ultraschallsensor 10 eine
Ausfallsicherungsfunktion aufweisen und kann eine Zuverlässigkeit
des Ultraschallsensors 10 verbessert werden.
-
Weiterhin
kann, wenn der Ultraschallsensor 10 eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen
aufweist, die senden können, zum Beispiel die erste Empfangsvorrichtung
R1 und die zweiten Empfangsvorrichtung R2, der Ultraschallsensor 10 eine Änderung
der Intensitäts-Erfassungssignale durch Vergleichen der
Intensitäts-Erfassungssignale der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 erfassen. Der Ultraschallsensor 10 kann eine
Empfindlichkeit von ihm durch Erfassen der Änderung bezüglich
der Intensitäts-Erfassungssignale der Empfangsvorrichtungen R1
bis R4, die ohne Fehlverhalten betrieben werden, und Steuern eines
Verstärkungsfaktors der Erfassungssignale durch die Schaltungsvorrichtung
korrigieren.
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Zum
Beispiel kann die Ultraschallwelle, die von der Empfangsvorrichtung
gesendet wird, eine Frequenz aufweisen, die gleich der Intensität
der Ultraschallwelle ist, die zum Erfassen des Hindernisses M verwendet
wird. Das heißt, die Ultraschallwelle, die von der Empfangsvorrichtung
gesendet wird, kann eine Resonanzfrequenz der akustischen Anpassungsteile 12 aufweisen.
In dem vorliegenden Fall wird eine Vibration groß und kann
sich dadurch der Ultraschallsensor 10 mit einem hohen Genauigkeitsgrad
selbst diagnostizieren. Weiterhin ändert sich, wenn die
akustischen Anpassungsteile 12 zum Beispiel durch ein Objekt,
das von außerhalb des Ultraschallsensors 10 kommt,
deformiert werden, die Resonanzfrequenz und dadurch ändern
sich die Intensitäten der Erfassungssignale bedeutsam.
Daher kann der Ultraschallsensor 10 die Deformation der
akustischen Anpassungsteile 12 erfassen.
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In
dem Ultraschallsensor 10 kann die ECU eine Temperatur auf
der Grundlage von Temperaturabhängigkeiten von Eigenschaften
von Komponenten schätzen, durch welche die Ultraschallwelle
gesendet wird. Dann kann der Ultraschallsensor 10 die Temperatur
unter Verwendung der geschätzten Temperatur korrigieren.
Ein Verfahren eines Erfassens einer Temperatur wird beschrieben.
Wenn sich die Umgebungstemperatur des Ultraschallsensors 10 erhöht,
werden die Elastizität der akustischen Anpassungsteile 12 und
die Elastizität des Vibrations-Verringerungselements 13 verringert.
Dadurch werden akustische Geschwindigkeiten der Ultraschallwelle verringert,
die durch die akustischen Anpassungsteile 12 und das Vibrations-Verringerungselement 13 gesendet
wird. Daher verschieben sich Erfassungszeiten, zu welchen die Ultraschallwelle
durch die Verringerungsvorrichtungen R1 bis R4 erfasst wird, zu einer
längeren Zeit. Weiterhin erhöht sich eine Dämpfung
der Ultraschallwelle aufgrund des Vibrations-Verringerungselements 13 und
werden dadurch die Intensitäten der Erfassungssignale verringert.
-
Zum
Beispiel wird, wenn eine Umgebungstemperatur T2 höher als
eine vorbestimmte Temperatur T1 ist, eine Intensität eines
Erfassungssignals von einer Intensität h11 zu einer Intensität
h12 verringert. Weiterhin verschiebt sich eine Erfassungszeit von
einer Zeit t11 zu einer Zeit t12. Der Ultraschallsensor 10 kann
die Umgebungstemperatur T2 auf der Grundlage der Temperatureigenschaften
der akustischen Anpassungselemente 12 und des Vibrations-Verringerungselements 13 und
eines eines Dämpfungsverhältnisses h12/h11 und
eines Verschiebungsbetrags der Erfassungszeit t12 – t11 schätzen.
Weiterhin kann der Ultraschallsensor 10 die Frequenz der
Ultraschallwelle, die von der Sendevorrichtung gesendet wird, auf
der Grundlage der geschätzten Temperatur T2 ändern.
Weiterhin kann der Ultraschallsensor 10 die Empfindlichkeit
davon auf der Grundlage der geschätzten Temperatur T2 unter
Verwendung der Schaltungsvorrichtung ECU korrigieren.
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Alternativ
kann die Umgebungstemperatur T2 auf der Grundlage der Änderung
der Resonanzfrequenz der akustischen Anpassungsteile 12 geschätzt
werden. Wie es in 5 gezeigt ist, schwingt, wenn
die Frequenz der Ultraschallwelle, die von der ersten Empfangsvorrichtung
R1 gesendet wird, an der vorbestimmten Temperatur T1 schwingt, das akustische
Anpassungsteil 12 der zweiten Empfangsvorrichtung R2 an
einer ersten Frequenz f1. Daher erhöht sich die Intensität
des Erfassungssignals der zweiten Empfangsvorrichtung an der Frequenz f1.
An der Umgebungstemperatur T2 ist die Elastizität des akustischen
Anpassungsteils 12 verringert. Daher erhöht sich
die Dicke des akustischen Anpassungsteils 12 und wird die
Resonanzfrequenz die Frequenz f2, die niedriger als die Frequenz
f1 ist. Der Ultraschallsensor 10 kann die Umgebungstemperatur
T2 auf der Grundalge der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz
schätzen. Zum Beispiel kann eine Abtastfrequenz der Ultraschallwelle
in einem Beriech des 0,5fachen bis 2fachen einer angenommenen Resonanzfrequenz
f2 sein.
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Die
Anzahl der Empfangsvorrichtungen und die Anordnung der Empfangsvorrichtungen
kann geändert werden. Zum Beispiel kann die Empfangsvorrichtung
konzentrisch angeordnet sein. Alternativ können lediglich
zwei Empfangsvorrichtungen R1 und R2 vorgesehen sein, um die zweidimensionale Form
in einer Rechts- und Linksrichtung zu erfassen. Wenn die zwei Empfangsvorrichtungen
R1 und R2 verwendet werden, kann ein Schwellwert des Erfassungssignals
bezüglich der gesendeten Ultraschallwelle festgelegt werden.
In dem vorliegenden Fall kann der Ultraschallsensor 10 bestimmen,
dass eine der Empfangsvorrichtungen R1 und R2 ein Fehlverhalten
aufweist, wenn das Erfassungssignal niedriger als der Schwellwert
ist.
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In
dem Ultraschallsensor 10 ist mindestens eine der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4, zum Beispiel die erste Empfangsvorrichtung R1, dazu ausgelegt,
senden zu können. Die Ultraschallwelle, die von der ersten
Empfangsvorrichtung R1 gesendet wird, wird durch das Vibrations-Verringerungselement 123 zu
den Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 gesendet. Dann bestimmt der
Ultraschallsensor 10, ob jede der Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 ohne Fehlverhalten arbeitet, auf der Grundlage der Erfassungssignale
der Empfangsvorrichtungen R2 bis R4. Daher kann der Ultraschallsensor 10 ein
Fehlverhalten der Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 ohne Senden einer
Ultraschallwelle zu einem externen Objekt und Erfassen der Ultraschallwelle
erfassen, die von dem externen Objekt reflektiert wird. Als Ergebnis
kann sich der Ultraschallsensor 10 zu einer erwünschten
Zeit selbst diagnostizieren. Daher kann die Zuverlässigkeit
des Ultraschallsensors 10 verbessert werden.
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Jedes
der akustischen Anpassungsteile 12 ist auf eine derartige
Weise ausgelegt, dass die Stehwelle darin durch die Ultraschallwelle
erzeugt wird, die an der Empfangsoberfläche 12a empfangen
wird. Dadurch wird eingeschränkt, dass die Ultraschallwelle,
die die akustischen Anpassungsteile 12 erreicht, und die
Ultraschallwelle, die an Grenzflächen zwischen den akustischen
Anpassungsteilen 12 und den piezoelektrischen Elementen 11 reflektiert
werden, einander stören und einander verringern. Daher
kann die Ultraschallwelle wirksam zu den piezoelektrischen Elementen
gesendet werden. Als Ergebnis kann die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 10 verbessert
werden.
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Weiterhin
kann, da die Frequenz der Ultraschallwelle, die von der ersten Empfangsvorrichtung R1
gesendet wird, die Resonanzfrequenz der akustischen Anpassungsteile 12 ist,
der Schalldruck erhöht werden. Dadurch erhöhen
sich die Intensitäten des Erfassungssignals der Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 und kann sich der Ultraschallsensor 10 mit einem
hohen Genauigkeitsgrad selbst diagnostizieren.
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Die
Eigenschaft der Komponenten, durch welche die Ultraschallwelle gesendet
wird, zum Beispiel die Eigenschaft der akustischen Anpassungsteile 12, ändert
sich mit der Temperatur. Die Erfassungszeiten der Erfassungssignale
und die Intensitäten der Erfassungssignale ändern
sich in Übereinstimmung mit der Änderung der Eigenschaften.
Die Umgebungstemperatur des Ultraschallsensors 10 kann
auf der Grundlage der Erfassungszeiten der Erfassungssignale oder
der Intensitäten der Erfassungssignale unter Verwendung
der Temperaturabhängigkeit geschätzt werden. Weiterhin ändern
sich die Resonanzfrequenz der akustischen Anpassungsteile 12 oder
die Intensitäten der Erfassungssignale von der Resonanzfrequenz
mit der Temperatur. Daher kann die Umgebungstemperatur des Ultraschallsensors 10 auf
der Grundlage der Resonanzfrequenz der akustischen Anpassungsteile 12 oder
der Intensitäten der Erfassungssignale an der Resonanzfrequenz
geschätzt werden.
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Zum
Beispiel bestehen die akustischen Anpassungsteile 12 aus
Polykarbonatharz oder Polyetherimidharz. Die Elastizität
des Polykarbonatharzes und die Elastizität des Polyetherimidharzes
werden durch eine Temperatur weniger beeinträchtigt. Daher wird
verringert, dass sich die Wellenlänge der Ultraschallwelle
mit einer Temperatur verringert und kann dadurch eine Stehwelle
stabil erzeugt werden. Weiterhin kann der Ultraschallsensor 10,
wenn die piezoelektrischen Elemente 11 aus PZT bestehen,
das eine große piezoelektrische Konstante aufweist, die Ultraschallwelle
erfassen, die einen kleinen Schalldruck aufweist. Daher kann die
Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 10 verbessert werden.
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Wenn
die Breite W der akustischen Anpassungselemente 12 weniger
als eine halbe Wellenlänge der Ultraschallwelle ist, die
in Luft gesendet wird, kann die Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen
auf eine derartige Weise angeordnet sein, dass die Mittenabschnitte
der Empfangsvorrichtungen voneinander in dem Abstand Tb entfernt
sind, der im Wesentlichen gleich der halben Wellenlänge
der Ultraschallwelle ist, die in Luft gesendet wird. Als Ergebnis
kann der Ultraschallsensor 10 mit einem hohen Genauigkeitsgrad
erfassen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Ein
Ultraschallsensor 30 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
In dem Ultraschallsensor 30 ist ein Verkapselungselement 60 an
einem Bodenteil 15a des Gehäuses 15 vorgesehen,
um die piezoelektrischen Elemente zu bedecken. Das Verkapselungselement 16 schützt
die piezoelektrischen Elemente 11 vor Feuchtigkeit und
verringert eine Spannung, die aufgrund der Vibration auf die piezoelektrischen
Elemente 11 ausgeübt wird. Das Verkapselungselement 16 besteht
aus einem Material, das eine niedrige akustische Impedanz aufweist.
Weiterhin besteht das Verkapselungselement 16 aus einem
Material, das eine niedrige Elastizität aufweist, so dass
die Vibrationen der akustischen Anpassungsteile 12 nicht durch
das Verkapselungselement 16 beeinträchtigt werden.
Zum Beispiel besteht das Verkapselungselement 16 aus Silikongummi,
Urethanschaum oder Gel. Zum Beispiel ist die Elastizität
des Verkapselungselements 16 kleiner oder gleich 10 Mpa.
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Der
Ultraschallsensor 30 kann sich unter Verwendung des Verkapselungselements 16 als
ein Übertragungsmedium selbst diagnostizieren. Insbesondere
wird die Ultraschallwelle, die von der ersten Empfangsvorrichtung
R1 gesendet wird, durch das Verkapselungselement 16 zu
den Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 gesendet. Der Ultraschallsensor 30 kann
sich unter Verwendung der Erfassungssignale der Ultraschallwellen,
die durch das Verkapselungselement 16 gesendet werden,
auf eine Weise selbst diagnostizieren, die ähnlich zu dem
Selbstdiagnoseverfahren des Ultraschallsensors 10 ist.
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Eine
physikalische Eigenschaft des Verkapselungselements 16 ändert
sich in Übereinstimmung mit der Temperatur. Daher kann
der Ultraschallsensor 30 eine Temperatur auf eine Weise
schätzen, die ähnlich zu der des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist. In einem Fall, in dem der Ultraschallsensor 30 eine
Temperatur durch Abtasten der Frequenz der Ultraschallwelle schätzt,
die von der ersten Empfangsvorrichtung R1 gesendet wird, kann die
Frequenz in einem Bereich von ungefähr dem 0,3fachen bis
3fachen abgetastet werden. Die Elastizität des Verkapselungselements 16 ist
niedriger als die der akustischen Anpassungsteile 12. Daher
ist, wie es in 7 gezeigt ist, eine Resonanzfrequenz
f3 des Verkapselungselements 16 niedriger als die Resonanzfrequenz
f2 der akustischen Anpassungsteile 12. Weiterhin ist die
Intensität des Erfassungssignals der zweiten Empfangsvorrichtung
R2 an der Resonanzfrequenz f3 des Verkapselungselements 16 niedriger
als die Intensität des Erfassungssignals der zweiten Empfangsvorrichtung
R2 an der Resonanzfrequenz f2 der akustischen Anpassungsteile 12.
Auf diese Weise kann, da sich die Resonanzfrequenz f3 des Verkapselungselements 16 von
der Resonanzfrequenz f2 der akustischen Anpassungsteile 12 unterscheidet,
die Resonanzfrequenz f3 von der Resonanzfrequenz f2 unterschieden
werden. Weiterhin kann der Ultraschallsensor 30 eine Temperatur
mit einem höheren Genauigkeitsgrad unter Verwendung der
Temperaturabhängigkeiten der Resonanzfrequenz f2 der akustischen
Anpassungsteile 12 und der Resonanzfrequenz f3 des Verkapselungselements 16 schätzen.
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In
dem Ultraschallsensor 30 ist mindestens eine der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4, zum Beispiel die erste Empfangsvorrichtung R1, dazu ausgelegt,
senden zu können. Die Ultraschallwelle, die von der ersten
Empfangsvorrichtung R1 gesendet wird, wird durch das Verkapselungselement 16 zu
den Empfangsvorrichtungen R2 bis R4 gesendet. Dann bestimmt der
Ultraschallsensor 30, ob jede der Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 ohne Fehlverhalten betrieben wird, auf der Grundlage der
Erfassungssignale der Empfangsvorrichtungen R2 bis R4. Daher kann
der Ultraschallsensor 30 ein Fehlverhalten der Empfangsvorrichtungen
R2 bis R4 ohne Senden einer Ultraschallwelle zu einem externen Objekt
und Erfassen der Ultraschallwelle erfassen, die von dem externen
Objekt reflektiert wird. Als Ergebnis kann sich der Ultraschallsensor 30 zu
einer realistischen Zeit selbst diagnostizieren. Daher kann die
Zuverlässigkeit des Ultraschallsensors 30 verbessert
werden.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Ein
Ultraschallsensor 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
In dem Ultraschallsensor 40 ist eine Sendevorrichtung 17 für eine
Selbstdiagnose an dem Bodenteil 15a des Gehäuses 15 angeordnet.
Die Sendevorrichtung 17 besteht zum Beispiel aus einem
piezoelektrischen Element. Die Sendevorrichtung 17 weist
eine Sendeoberfläche auf, von welcher eine Ultraschallwelle
gesendet wird. Die Sendevorrichtung 17 ist auf eine derartige
Weise angeordnet, dass Abstände von der Sendeoberfläche
zu den Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 im Wesentlichen gleich zueinander
sind. Wenn sich der Ultraschallsensor 40 selbst diagnostiziert,
sendet die Sendevorrichtung 17 die Ultraschallwelle zu
den Empfangsvorrichtungen R1 bis R4. Die Ultraschallwelle, die von
der Sendevorrichtung 17 ausgegeben wird, wird zu jedem
der piezoelektrischen Elemente 11 oder jedem der akustischen
Anpassungsteile 123 gesendet. Die Abstände von
der Sendeoberfläche zu den Empfangsvorrichtungen R12 bis
R4 sind im Wesentlichen gleich zueinander. Daher werden, wenn die
Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 ohne Fehlverhalten betrieben werden,
die Erfassungszeiten und die Intensitäten der Erfassungssignale
der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 im Wesentlichen gleich zueinander.
Wenn sich das Erfassungssignal der einen Empfangsvorrichtung verringert,
erfasst der Ultraschallsensor 40, dass die eine Empfangsvorrichtung
ein Fehlverhalten aufweist. Da der Ultraschallsensor 40 die
Sendevorrichtung 17 für die Selbstdiagnose beinhaltet,
ist es nicht erforderlich, dass die Empfangsvorrichtungen R1 bis R4
senden können. Weiterhin kann der Ultraschallsensor 40 die
Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 gleichzeitig diagnostizieren. Weiterhin
kann der Ultraschallsensor 40 eine Temperatur auf der Grundlage der
Erfassungssignale der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 auf eine Weise
schätzen, die ähnlich zu der des ersten Ausführungsbeispiels
und des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
ist.
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Die
Sendevorrichtung 17 kann durch das Verkapselungselement 16 mit
den piezoelektrischen Elementen 11 verkapselt sein. In
dem vorliegenden Fall wird die Ultraschallwelle, die aus der Sendevorrichtung 17 ausgegeben
wird, durch das Verkapselungselement 16 zu den Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 gesendet. Daher erhöhen sich die Intensitäten der
Erfassungssignale verglichen mit einem Fall, in dem das Verkapselungselement 16 nicht
vorgesehen ist und die Ultraschallwelle in Luft gesendet wird.
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Es
ist nicht erforderlich, dass die Sendevorrichtung 17 in
einem gleichen Abstand von den Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 angeordnet
ist, solange die Sendevorrichtung 17 auf einer Seite der
piezoelektrischen Elemente 11 bezüglich der Empfangsoberflächen 12a angeordnet
ist. Zum Beispiel ist die Sendevorrichtung 17 auf einer
anderen inneren Oberfläche des Gehäuses 15 als
dem Bodenteil 15a angeordnet. In dem vorliegenden Fall
sind die Erfassungszeiten und die Intensitäten der Erfassungssignale
zueinander unterschiedlich. Jedoch kann der Ultraschallsensor 40 die
Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 durch Vergleichen der Erfassungszeiten
und der Intensitäten der Erfassungssignale mit denjenigen
in einem Fall diagnostizieren, in dem die Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 ohne Fehlverhalten betrieben werden. Weiterhin kann, wenn
es nicht erforderlich ist, dass die Sendevorrichtung 17 in
einem gleichen Abstand von den Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 angeordnet
ist, die Sendevorrichtung 17 freier angeordnet werden und
kann dadurch der Ultraschallsensor 40 klein sein.
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In
dem Ultraschallsensor 40 ist die Sendevorrichtung 17 auf
der Seite der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 bezüglich
der Empfangsoberflächen 12a angeordnet. Die Ultraschallwelle,
die von der Sendevorrichtung gesendet wird, wird zu den Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 gesendet. Dann bestimmt der Ultraschallsensor 40,
ob jede der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 ohne Fehlverhalten betrieben
wird, auf der Grundlage der Erfassungssignale der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4. Daher kann der Ultraschallsensor 40 ein Fehlverhalten
der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 ohne Senden einer Ultraschallwelle
zu einem externen Objekt und Erfassen der Ultraschallwelle erfassen,
die von dem externen Objekt reflektiert wird. Als Ergebnis kann sich
der Ultraschallsensor 40 zu einer erwünschten Zeit
selbst diagnostizieren. Daher kann die Zuverlässigkeit
des Ultraschallsensors 40 verbessert werden. Weiterhin
ist es, da der Ultraschallsensor 40 die Sendevorrichtung 17 für
die Eigendiagnose beinhaltet, nicht erforderlich, dass die Empfangsvorrichtungen R1
bis R4 senden können. Weiterhin kann der Ultraschallsensor 40 die
Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 gleichzeitig diagnostizieren.
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In
einem Fall, in dem die Sendevorrichtung 17 in einem gleichen
Abstand von den Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 angeordnet ist,
sind die Erfassungszeiten und die Intensitäten der Erfassungssignale
der Empfangsvorrichtungen R1 bis R4 zueinander gleich, wenn die
Empfangsvorrichtungen R1 bis R43 ohne Fehlverhalten betrieben werden.
Daher kann der Ultraschallsensor 40 durch Vergleichen der Erfassungssignale
erfassen, welche Empfangsvorrichtung ein Fehlverhalten aufweist.
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Andere Ausführungsbeispiele
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Obgleich
die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit
den bevorzugten Ausführungsbeispielen von ihr unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben worden ist, ist es anzumerken,
dass verschiedene Änderungen und Ausgestaltungen für
Fachleute ersichtlich werden.
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Jeder
der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 kann
ebenso an einem anderen Abschnitt des Fahrzeugs 60 als
an der Stoßstange 20 angebracht sein. Zum Beispiel
kann jeder der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 an
einer Scheinwerferabdeckung 21 angebracht sein. In dem
vorliegenden Fall wird verringert, dass die Ultraschallwelle, die
von dem Hindernis reflektiert wird, von einem Abschnitt des Fahrzeugs 60 gesperrt
wird. Daher können die Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 geeignet
als ein Hindernissensor verwendet werden. Alternativ kann jeder
der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 an
einer Blinkerabdeckung 22 oder einem Seitenspiegel 23 angebracht
sein, wenn jeder der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 als ein
Hindernissensor auf einer Seitenrichtung des Fahrzeugs 60 verwendet
wird. Alternativ kann jeder der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 an
einer Rücklichtabdeckung 24 oder einer Schlusslichtabdeckung 25 angebracht
sein, wenn jeder der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 als
ein Hindernissensor auf einer Rückseite des Fahrzeugs 60 verwendet
wird.
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Die
akustischen Anpassungsteile 12 der Empfangsvorrichtungen
R1 bis R4 können aus Materialien bestehen, die zueinander
unterschiedlich sind. Zum Beispiel können die akustischen
Anpassungsteile 12 der Empfangsvorrichtungen R1 und R2
aus Polykarbonatharz bestehen und bestehen die akustischen Anpassungsteile 12 der
Empfangsvorrichtungen R3 und R4 aus einer Aluminiumlegierung. Temperaturabhängigkeiten
einer physikalischen Eigenschaft, zum Beispiel Temperaturabhängigkeiten
einer Elastizität des Polykarbonatharzes und der Aluminiumlegierung,
sind zueinander unterschiedlich. Daher kann jeder der Ultraschallsensoren 10, 30 und 40 eine
Temperatur mit einem hohen Genauigkeitsgrad unter Verwendung der
Temperaturabhängigkeiten von beiden des Polykarbonats und
der Aluminiumlegierung schätzen.
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Es
versteht sich, dass derartige Änderungen und Ausgestaltungen
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind, wie er durch
die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
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In
einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor
ist eine erste Empfangsvorrichtung dazu ausgelegt, eine Ultraschallwelle
senden und empfangen zu können. Die Ultraschallwelle, die
von der ersten Empfangsvorrichtung gesendet wird, wird durch ein
Vibrations-Verringerungselement gesendet, das zwischen der ersten
Empfangsvorrichtung und einer zweiten Empfangsvorrichtung angeordnet
ist, und die zweite Empfangsvorrichtung erfasst die Ultraschallwelle.
Der Ultraschallsensor führt auf der Grundlage eines Erfassungssignals
der zweiten Empfangsvorrichtung eine Selbstdiagnose durch, ob die
zweite Empfangsvorrichtung ohne Fehlverhalten betrieben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2006/0196272
A [0003]
- - JP 2006-242650 A [0003]