-
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung, welche zumindest einen Ultraschallsensor mit einer Hauptachse aufweist, wobei sich eine Schallkeule des Sensors asymmetrisch zu seiner Hauptachse erstreckt. Des Weiteren betriff die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug.
-
Aus der
DE 10 2007 053 033 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für den toten Winkel bei Fahrzeugen bekannt. Die Einrichtung umfasst Ultraschallsensoren. Durch ein zusätzliches gegenständliches Bauteil, nämlich einen Trichter, wird die Schallkeule und somit die Richtcharakteristik des Ultraschallsensors verändert und zwar dahingehend, dass sie asymmetrisch zu einer Hauptachse des Sensors liegt.
-
Darüber hinaus ist aus der
WO 01/63595 A1 ein Ultraschallsensor mit einem topfförmigen Schwingelement für eine Einparkhilfe eines Fahrzeugs bekannt. Der Ultraschallsensor weist mindestens zwei scheibenförmige piezoelektrische Wandler auf, die nebeneinander befestigt sind. Diese piezoelektrischen Wandler können separat und insbesondere phasenverschoben angesteuert werden. Durch eine derartige Ansteuerung wird die Erzeugung eines ganz spezifischen Schall-Richtdiagramms dieses Sensors erreicht.
-
Die Einbauposition derartiger Ultraschallsensoren bei herkömmlichen Fahrzeugen ist gemäß der schematischen Darstellung in 1 näher erläutert. In der Darstellung ist ein Heckbereich 1 eines Fahrzeugs 2, welches sich auf einer Fahrbahn 3 befindet, gezeigt. Im Heckbereich 1, beispielsweise an einem Stoßfänger 4, ist ein Ultraschallsensor 5 angeordnet. Der Ultraschallsensor 5 ist gegenüber einer Horizontalen H so in dem Stoßfänger 4 eingebaut, dass eine Hauptachse 6 in einem Winkel α nach oben geneigt zur Horizontalen H angeordnet ist. Der Ultraschallsensor 5 erzeugt eine Sende-Schallkeule 7, die eine Hauptachse 8 aufweist. Die Hauptachse 8 ist zugleich die Symmetrieachse, wobei in dem Stand der Technik bei den herkömmlichen Systemen die Hauptachse A der Schallkeule 7 mit der Hauptachse 6 des Sensors 5 zusammenfällt.
-
In 2 ist der Ultraschallsensor 5 mit seiner topfförmigen Membran 9 und einem Piezoelement 10 gezeigt. Die ausgesendeten Schallwellen 11 sind ebenfalls symbolisch dargestellt und zeigen die symmetrische Aussendung. In 3 ist in dem Diagramm die resultierende Schallkeule 7 gezeigt, die symmetrisch zur Achse 8 ausgebildet ist, wobei die Achse 8 mit der Hauptachse 6 des Sensors 5 zusammenfällt.
-
Bei sehr tiefen oder sehr hohen Einbaupositionen des Ultraschallsensors am Fahrzeug ist dies dahingehend ein Problem, da bei diesen Positionen der Boden der Fahrbahn zu stark angestrahlt wird und bei hohen Positionen niedrige beziehungsweise tiefe Hindernisse nicht erfasst werden können. Zum einen entstehen daher unerwünscht starke Störechos und zum anderen ist dadurch die Hindernisdetektion eingeschränkt.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung zu schaffen, mit welchem beziehungsweise bei welchem die Hindernisdetektion verbessert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Anspruch 9 aufweist, gelöst.
-
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine Ultraschallsensorvorrichtung, welche zumindest einen Ultraschallsensor mit einer Hauptachse aufweist. Eine Schallkeule des Sensors erstreckt sich asymmetrisch zu dieser Hauptachse des Ultraschallsensors. Mit einer Hauptachse des Ultraschallsensors an sich wird diejenige Achse verstanden, die im Hinblick auf seine gegenständliche Ausgestaltung mit dem Gehäuse und dergleichen quasi als Mittelachse und gegebenenfalls als symmetrische Längsachse definiert ist.
-
Die Ultraschallsensorvorrichtung ist so an dem Fahrzeug angeordnet, dass die Hauptachse der Ultraschallsensorvorrichtung und somit insbesondere auch des Ultraschallsensors in einem Winkel gegenüber der Horizontalen und somit der Längsachse des Fahrzeugs geneigt angeordnet ist und die Asymmetrielage der Schallkeule der Ultraschallsensorvorrichtung zumindest in einer die Hauptachse aufweisenden Ebene und/oder einer parallelen Ebene dazu ausgebildet ist. Mit einer derartigen Ausgestaltung wird somit bei geneigt in dem Fahrzeug eingebauten Ultraschallsensoren eine Verbiegung der Schallkeule dahingehend erreicht, dass eine verbesserte Hindernisdetektion ohne erwünschte zu große Störechos erreicht wird. Auch bei sehr spezifischen bodennahen oder zum Boden hin gerichteten Einbaulagen der Ultraschallsensorvorrichtung sowie bei nach oben vom Boden weg hin orientierten Einbaulagen kann somit situationsspezifisch eine Asymmetrielage der Schallkeule dahingehend konzipiert werden, dass stets eine best mögliche Hindernisdetektion ohne unerwünschte Störgeräusche erreicht wird.
-
Da eine Schallkeule ein dreidimensionales Gebilde ist, soll die Asymmetrielage quasi auch dreidimensional ausgebildet sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Asymmetrielage in der die Hauptachse der Ultraschallsensorvorrichtung aufweisenden Ebene und einer Mehrzahl von dazu parallelen Ebenen ausgebildet ist.
-
Insbesondere ist die Ebene vertikal zur Fahrbahn orientiert, so dass die dreidimensionale Schallkeule nach oben oder nach unten gegenüber der Hauptachse des Ultraschallsensors gebogen ist.
-
Die Asymmetrielage ist relativ zur Hauptachse des Ultraschallsensors ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist die Asymmetrielage der Schallkeule in einer ersten, die Hauptachse aufweisenden vertikalen Ebene und/oder in einer zur vertikalen Ebene senkrechten und die Hauptachse aufweisenden zweiten Ebene ausgebildet. Da die Schallkeule ein dreidimensionales Gebilde ist, kann eine Asymmetrielage somit quasi in mehreren Raumrichtungen ausgebildet sein. Da die Asymmetrielage in diesem Zusammenhang in einer Raumrichtung gegeben sein kann, in einer anderen jedoch nicht, ist die Definition und Erläuterung über die Ebenengeometrien gegeben. Da darüber hinaus der Ultraschallsensor auch in zwei Raumrichtungen mit seiner Hauptachse gegenüber einer der Fahrzeuglängsachse und somit der Horizontalen in einem Winkel dazu angeordnet sein kann, ergibt die Erläuterung über die Ebenen, die die Hauptachsen aufweisen, ein eindeutiges Konstrukt, in welcher Richtung die Asymmetrielage der Schallkeule ausgebildet sein kann.
-
Vorzugsweise ist die Hauptachse in einer ersten Winkelrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt und die Asymmetrielage der Schallkeule ist in einer zur ersten entgegengesetzten zweiten Winkelrichtung ausgebildet. Dies ist eine besonders hervorzuhebende Ausführung, da somit die Schallkeulenasymmetrielage quasi immer in einer Richtung erfolgt, die im Hinblick auf die Winkelorientierung der Hauptachse des Sensors relativ zur Horizontalen liegt. Diese Betrachtung erfolgt in diesem Zusammenhang immer vorzugsweise in einer Ebene, in der die Hauptachse des Sensors liegt.
-
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass dann wenn die Hauptachse des Ultraschallsensors gegenüber der Horizontalen nach unten geneigt angeordnet ist und der Sensor somit quasi in Richtung zum Boden hin orientiert ist, die Asymmetrielage der Schallkeule vom Boden weg nach oben erzeugt ist. In umgekehrter Weise kann auch vorgesehen sein, wenn die Hauptachse des Ultraschallsensors gegenüber der Horizontalen nach oben geneigt angeordnet ist, die Schallkeule mit ihrer Asymmetrielage zum Boden hin gekrümmt ausgebildet ist.
-
Vorzugsweise ist eine Hauptachse, insbesondere eine durch eine im Wesentlichen gegebene Symmetrie der Schallkeule definierte Achse, der Schallkeule zumindest in einer die Hauptachse aufweisenden Ebene in einem Winkelbereich zwischen +/–10° zur Horizontalen ausgebildet, insbesondere horizontal orientiert. Es wird somit in vorteilhafterweise eine Neigung der Schallkeule dahingehend konzipiert, dass sie möglichst nicht zu stark nach oben und auch möglichst nicht zu stark nach unten orientiert ist, sondern dass sie möglichst sich in horizontaler Richtung nach hinten oder vorne erstreckt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ultraschallsensorvorrichtung einen Ultraschallsensor mit zumindest zwei Membranen aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Ansteuerung des Sensors im Hinblick auf die Erzeugung der Asymmetrielage der Schallkeule besonders vorteilhaft erfolgen.
-
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Sensor zumindest zwei Piezoelemente aufweist, welche zur Erzeugung der Asymmetrie der Schallkeule phasenversetzt ansteuerbar sind.
-
Vorzugsweise kann somit durch eine gezielte Anordnung und der Ansteuerung von zwei oder mehreren Membranen die Schallkeule gegenüber der Sensorachse quasi verbogen werden. So kann ein Ultraschallsensor auch in besonders tiefen Positionen am Fahrzeug verbaut werden, wenn die Schallkeule nach oben gerichtet ist, und in besonders hohen Positionen verbaut werden, wenn die Schallkeule nach unten gerichtet ist.
-
Um die gewünschte Senderichtcharakteristik zu erreichen, können zwei oder mehrere Piezokeramiken verwendet werden, die phasenverschoben angesteuert werden. Da eine Piezokeramik zeitlich leicht verzögert ein Signal aussendet, überlagern sich die Schallwellen zur gewünschten verbogenen Richtcharakteristik beziehungsweise zur asymmetrischen Schallkeule.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Ultraschallsensor so ausgebildet ist, dass die Senderichtcharakteristik im Wesentlichen gleich der Empfangsrichtcharakteristik ist.
-
Beim Empfang von entsprechenden Signalen, kann die Amplitude eines Echos ausgewertet werden, das mit einer bestimmten Phasenverschiebung empfangen wird und/oder die Phasenverschiebung eines Echos direkt gemessen werden. Wird die Amplitude ausgewertet, so kann über den Phasenwinkel die Empfangsrichtcharakteristik genauso wie die Senderichtcharakteristik asymmetrisch verbogen werden. Um einen möglichst guten Wirkungsgrad zu erzielen, ist insbesondere vorgesehen, dass die Sende- und Empfangsrichtcharakteristik und somit die entsprechenden Schallkeulen übereinstimmen. Wird die Phasenverschiebung ausgewertet, kann über die Phasenverschiebung der Winkel zu einem Hindernis berechnet werden. Aus dem gemessenen Abstand und dem Winkel kann dann die genaue Position eines Hindernisses bestimmt werden. Weiterhin ist in diesem Fall eine sehr gute Unterscheidung zwischen einem realen Echo und einem Störschall oder dem Grundrauschen gewährleistet.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung zumindest zwei separate Sensoren aufweist, die so nah benachbart zueinander angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Schallkeule erzeugen, wobei die Hauptachsen der Sensoren in einem Winkel gegenüber der Horizontalen angeordnet sind und die Asymmetrielage der gemeinsamen Schallkeule zumindest in einer eine Hauptachse aufweisenden Ebene ausgebildet ist.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass durch ein 90° versetztes gedrehtes Einbauen der Sensoren im Fahrzeug die Charakteristik auch entsprechend seitlich asymmetrisch ausgestaltet werden kann. Wenn mehr als zwei Membranen verwendet werden, kann die Schallkeule gleichzeitig vertikal und horizontal verbogen werden. Insbesondere kann somit durch eine Mehrzahl von Membranen ein beliebiges Schallfeld und somit eine beliebige Geometrie der Schallkeule erzeugt werden.
-
Darüber hinaus kann das Signal auch auf verschiedene Arten zusätzlich moduliert werden, um so Störeinflüsse weiterhin minimieren zu können. Durch Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulation kann das empfangene Signal von externen Störsignalen und vom Grundrauschen unterschieden beziehungsweise gefiltert werden.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug, wird eine Schallkeule der Ultraschallsensorvorrichtung erzeugt, welche sich asymmetrisch zu einer Hauptachse eines Ultraschallsensors der Ultraschallsensorvorrichtung erstreckt. Die Ultraschallsensorvorrichtung wird so an dem Fahrzeug angeordnet, dass die Hauptachse in einem Winkel gegenüber der Horizontalen und somit auch der Längsachse des Fahrzeugs geneigt angeordnet wird und die Asymmetrielage der Schallkeule zumindest in einer die Hauptachse aufweisenden Ebene ausgebildet wird.
-
Insbesondere wird die Hauptachse in einer ersten Winkelrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet und die Asymmetrielage der Schallkeule wird in einer zur ersten entgegengesetzten zweiten Winkelrichtung erzeugt.
-
Die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts eines aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugs;
-
2 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführung eines Ultraschallsensors des Fahrzeugs gemäß 1;
-
3 ein Diagramm, in dem die Schallkeule des Sensors gemäß 2 dargestellt ist;
-
4 eine schematische Darstellung eines Teilausschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
-
5 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
-
6 eine Seitenansicht eines in den Fahrzeugen gemäß 4 oder 5 angeordneten Ultraschallsensors; und
-
7 ein Diagramm, in dem die Lage der Schallkeule des Sensors gemäß 6 gezeigt ist.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 4 ist in einer schematischen Seitenansicht ein Teilausschnitt eines Fahrzeugs 2 gezeigt, welches einen Heckbereich 1 aufweist. Das Fahrzeug 2 bewegt sich auf einer Fahrbahn 3. Es umfasst einen hinteren Stoßfänger 4 in dem zumindest ein Ultraschallsensor 5 angeordnet ist. Insbesondere umfasst das Fahrzeug 2 eine Mehrzahl derartiger Ultraschallsensoren 5, von denen mehrere, beispielsweise vier Stück in dem hinteren Stoßfänger 4 angeordnet sein können. Darüber hinaus können auch zusätzlich oder anstatt dazu in einem nicht gezeigten vorderen Stoßfänger entsprechend Ultraschallsensoren 5 angeordnet sein. Im Übrigen wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Erläuterung zu dem Ultraschallsensor 5 auch für einen und mehrere Ultraschallsensoren, die in einem vorderen Stoßfänger angeordnet sein können, gilt.
-
Der einer Ultraschallsensorvorrichtung 12 zugeordnete Ultraschallsensor 5 umfasst ein Gehäuse 13 mit einer Membran 9. Der gegenständliche Ultraschallsensor 5 mit seinem Gehäuse weist eine Hauptachse 6 auf, die in einem Winkel β gegenüber der Horizontalen H, welche parallel zur Längsachse des Fahrzeugs 2 orientiert ist. Der Ultraschallsensor 5 ist somit gegenüber der Horizontalen H nach oben und somit der Fahrbahn 3 abgewandt orientiert angeordnet. In einer ersten Vertikalebene 14, welche die Figurenebene darstellt, und welche die Hauptachse 6 des Ultraschallsensors 5 aufweist ist eine sich dreidimensional erstreckende Schallkeule 7' des Ultraschallsensors 5 mit einer Asymmetrielage betrachtet zur Hauptachse 6 ausgebildet. 4 zeigt somit quasi einen Schnitt durch die dreidimensionale Schallkeule, wobei in dieser Ebene 14 die Schallkeule 7' quasi ausgehend von der Hauptachse 6 nach unten gebogen erzeugt ist. Insbesondere ist diese Form und Orientierung der Schallkeule 7' in dieser Ebene 14 dahingehend gestaltet, dass sie mit einer Hauptachse 8 in einem Winkelbereich kleiner 10° mit einem Winkel γ gegenüber der Horizontalen H orientiert ist. Die Hauptachse 8 ist insbesondere diejenige Achse der Schallkeule 7', welche im Wesentlichen eine Symmetrieachse darstellt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verbiegung und somit die Ausgestaltung der Asymmetrielage der Schallkeule 7' im Hinblick auf die Hauptachse 6 des Ultraschallsensors 5 so ausgebildet ist, dass die Hauptachse 8 der Schallkeule 7' horizontal liegt und somit vorzugsweise mit der Horizontalen H zusammenfällt.
-
Es kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass zusätzlich oder anstatt dazu in einer weiteren Ebene, welche senkrecht zur Ebene 14 orientiert ist und darüber hinaus auch die Hauptachse 6 aufweist und somit eine Ebene darstellt, die senkrecht zum Figurenblatt steht, eine entsprechende Asymmetrielage ausgebildet ist.
-
Lediglich zur Verdeutlichung und Darstellung der Asymmetrielage der Schallkeule 7' ist eine Schallkeule 7 gezeigt, die unverbogen wäre und symmetrisch zur Hauptachse 6 angeordnet ist. Diese ist entsprechend dann der Ausgestaltung zu den 1, 2 und 3 gezeigten bekannten Lösungen.
-
In 5 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer schematischen Seitenansicht ein Teilausschnitt des Fahrzeugs 2 wiederum im Heckbereich 1 gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 4 ist hier nur eine Situation gegeben, bei der die Hauptachse 6 des Ultraschallsensors 5 gegenüber der Horizontalen H um einen Winkel β' nach unten geneigt und somit in Richtung zur Fahrbahn 3 hin orientiert ist. Dem gegenüber ist dann wiederum in der Ebene 14 die Asymmetrielage der Schallkeule 7' in entgegengesetzter Richtung zu dieser nach unten orientierten Winkelneigung nach oben gegeben. Das heißt die Schallkeule 7' ist entgegengesetzt nach oben gebogen im Hinblick auf die nach unten geneigte Orientierung des Ultraschallsensors 5.
-
Auch hier ist die Verbiegung der Schallkeule 7' und somit der Asymmetrielage relativ zur Hauptachse 6 des Ultraschallsensors 5 vorzugsweise dahingehend gegeben, dass ein Winkel γ' zwischen der Horizontalen H und einer Hauptachse 8 der Schallkeule 7' kleiner 10° beträgt, vorzugsweise diese beiden Achsen zusammen fallen. Insbesondere ist somit die Hauptachse H der Schallkeule 7 auch horizontal orientiert.
-
In 6 ist in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel des Ultraschallsensors 5, wie er in Ausführung gemäß 4 und 5 Verwendung finden kann, dargestellt. Das Membrangehäuse 15 umfasst praktisch zwei Membranen 16 und 17, wobei in dem Gehäuse 15 zwei Piezokeramiken beziehungsweise zwei Piezowandler 18 und 19 angeordnet sind. Zur Erzeugung der in 4 und 5 gezeigten Asymmetrielagen der Schallkeule 7' werden die beiden Piezowandler 18 und 19 phasenversetzt angesteuert. Dabei ergeben sich dann die in 6 gezeigten Schallwellen 20 einerseits und 21 andererseits. Die geneigte Anordnung der Hauptachse 8 ist daraus resultierend. Entsprechend ist in dem Diagramm gemäß 7 die Schallkeule 7' mit ihrer Hauptachse 8 gezeigt und die gegenüber der in diesem Diagramm vertikal orientierten Hauptachse 6 des Ultraschallsensors 5 ist ebenfalls gezeigt, wobei hier auch wieder der Winkel γ beziehungsweise γ' gezeigt ist. Unter dem Sensor 5 sind in 6 auch noch die Signaldiagramme gezeigt, wodurch die phasenversetzte Ansteuerung deutlich wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007053033 A1 [0002]
- WO 01/63595 A1 [0003]
