DE102013211606A1 - Environment sensing device with ultrasonic transducer, and motor vehicle with such environment sensing device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Umfeldsensiereinrichtung mit einem Ultraschallwandler, der zumindest ein Wandlerelement und zumindest einen Resonanzkörper aufweist, sowie mit einer Membran zur Schallübertragung, wobei die erfindungsgemäße Umfeldsensiereinrichtung eingerichtet ist, um Ultraschallsignale zu senden und/oder zu empfangen. Der Resonanzkörper weist dabei einen Vorderkörper und einen Rückkörper auf und ist an einer Stirnseite des Vorderkörpers mit der Membran gekoppelt, wobei die mit der Membran gekoppelte Stirnseite des Vorderkörpers plattenförmig ausgebildet ist. Des Weiteren offenbart die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger, Seitenspiegel oder Türabschnitt und zumindest einer derartigen Umfeldsensiereinrichtung, wobei die Membran der Umfeldsensiereinrichtung durch eine Außenhaut des Stoßfängers, des Seitenspiegels oder des Türabschnitts ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler versteckt hinter der Außenhaut angeordnet sind.The present invention discloses an environment sensor device with an ultrasound transducer, which has at least one transducer element and at least one resonance body, and with a membrane for sound transmission, the environment sensor device according to the invention being set up to transmit and / or receive ultrasound signals. The resonance body has a front body and a back body and is coupled to the membrane on one end side of the front body, the front side of the front body coupled to the membrane being plate-shaped. Furthermore, the present invention discloses a motor vehicle with a bumper, side mirror or door section and at least one such environment sensor device, the membrane of the environment sensor device being formed by an outer skin of the bumper, the side mirror or the door section and wherein the ultrasound transducer is hidden behind the outer skin.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Umfeldsensiereinrichtung zur ultraschallbasierten Umfeldsensierung unter Einsatz eines Schallwandlers, wie sie unter anderem im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen sowie bewegten oder stehenden Maschinen (beispielsweise Roboter, Landmaschinen oder Baumaschinen) zum Einsatz kommt, so zum Beispiel als Umfelderfassungshilfsmittel für ein entsprechendes Einparkassistenzsystem. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, bei dem zumindest eine derartige Umfeldsensiereinrichtung an einem Stoßfänger, einem Seitenspiegel oder einem Türabschnitt des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. The invention relates to an environment sensing device for ultrasound-based environment sensing using a sound transducer, as used in conjunction with motor vehicles and moving or stationary machinery (such as robots, agricultural machinery or construction machinery), such as Umfeldfassungshilfsmittel for a corresponding parking assistance system. The invention also relates to a motor vehicle in which at least one such surroundings sensing device is arranged on a bumper, a side mirror or a door section of the motor vehicle.
In letzter Zeit werden bei Kraftfahrzeugen auf diesem technischen Gebiet in der Regel Umfeldsensoren auf Ultraschallbasis verwendet, bei denen häufig piezobasierte Schallwandler zum Einsatz kommen. Dabei werden üblicherweise Ultraschallsignale durch ein Medium wie Luft oder Wasser von einem Emitter zu einem Empfänger übermittelt oder von einem Emitter in eine Umgebung übermittelt oder von einem in der Umgebung befindlichen Objekt reflektierte Ultraschallsignale erfasst und die Laufzeit und/oder Laufzeitdifferenzen und/oder weitere Größen wie beispielsweise Amplituden und Phasen der Ultraschallsignale gemessen. Um ausreichende Sendestärken und hohe Empfangsempfindlichkeiten zu erzielen, handelt es sich bei diesen Schallwandlern überwiegend um resonante Schwinger, die aus Festkörpern und einem oder mehreren Piezoelementen bestehen. Als ein generelles Beispiel für einen derartigen resonanten Schwinger sind unter anderem als Dickenschwinger bezeichnete piezobasierte Ultraschallwandler als Stand der Technik bekannt. Ein prinzipieller Aufbau einer bekannten Umfeldsensiereinrichtung ist in
Ein spezifisches Beispiel für einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug kann der
Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bereits bekannten Ultraschallwandler ist jedoch unter anderem, dass diese in einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs nach außen hin sichtbar eingebaut oder in diesem wahrnehmbar integriert sind und daher auf einen Betrachter als optisch störend wirken können. Das Design eines Kraftfahrzeugs, also die optische Wahrnehmung des Fahrzeugs an sich spielt jedoch in der heutigen Zeit mehr und mehr eine kaufentscheidende Rolle. Um nun eine derartige optische Störung durch sichtbare Ultraschallwandler zu verringern, werden die aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallwandler üblicherweise in der Wagenfarbe des jeweiligen Kraftfahrzeugs lackiert. Dadurch kann aber lediglich eine minimale Verbesserung der optischen Wahrnehmbarkeit der Ultraschallwandler erzielt werden.However, a disadvantage of the ultrasonic transducers already known from the prior art is, inter alia, that they are visibly installed in a bumper of a motor vehicle or are perceptibly integrated in the latter and can therefore have a visually disturbing effect on a viewer. However, the design of a motor vehicle, so the visual perception of the vehicle itself plays in this day and age more and more a purchase-crucial role. In order to reduce such an optical disturbance by visible ultrasonic transducers, the ultrasonic transducers known from the prior art are usually painted in the car color of the respective motor vehicle. As a result, only a minimal improvement in the optical perceptibility of the ultrasonic transducers can be achieved.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Stands der Technik auf dem Gebiet der Ultraschallwandler ist darin zu finden, dass diese in der Regel keine oder nur eine aufwendige äußere Dämpfung des Schwingungsverhaltens bieten, was üblicherweise zu erhöhtem Montageaufwand und zusätzlich benötigtem Bauraum führt. Eine derartige Dämpfung ist jedoch überaus vorteilhaft für das Schwingungsverhalten der Ultraschallwandler, um ein für die Umfeldsensierung adäquates Ein- und Ausschwingverhalten zu erreichen, und sollte in jedem Fall vorgesehen werden, jedoch ohne strukturelle oder konstruktive Nachteile mit sich zu bringen.Another disadvantage of the known state of the art in the field of ultrasonic transducers can be found in the fact that they usually provide no or only a complex external damping of the vibration behavior, which usually leads to increased installation costs and additionally required space. However, such a damping is extremely advantageous for the vibration behavior of the ultrasonic transducers in order to achieve adequate for the environment sensing on and Ausschwingverhalten, and should be provided in any case, but without bringing structural or constructive disadvantages.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Umfeldsensiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Lösung für die vorhergehend diskutierten Probleme bietet, hat einen Ultraschallwandler, der zumindest ein Wandlerelement und zumindest einen Resonanzkörper aufweist, und eine Membran zur Schallübertragung, wobei die Umfeldsensiereinrichtung eingerichtet ist, Ultraschallsignale zu senden und/oder zu empfangen. Der Resonanzkörper weist dabei einen Vorderkörper und einen Rückkörper auf und ist an einer Stirnseite des Vorderkörpers, also an einem zur Membran hin zugewandten Abschnitt des Vorderkörpers, mit der Membran gekoppelt, wobei die mit der Membran gekoppelte Stirnseite des Vorderkörpers plattenförmig ausgebildet ist. Die Plattenform kann eine Ausdehnung in Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als eine Ausdehnung in Höhenrichtung oder der Höhenrichtung entspricht, wobei eine bevorzugte Höhe der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,1mm und 30mm liegt, und eine bevorzugte Breite der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,5mm und 30mm liegt. Der Vorderkörper und der Rückkörper des Resonanzkörpers, auch Schwingkörper genannt, können dabei aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, so zum Beispiel Metall, Keramik oder Kunststoff oder einer Kombination aus diesen. Die vom Wandlerelement zur Umfeldsensierung ausgesendete akustische Welle verlässt die Umfeldsensieranordnung bevorzugt in Richtung der Stirnseite des Vorderkörpers, auch als Vordermasse bezeichnet, wobei rückwärtige Strahlung im besten Fall vollständig unterdrückt wird. Dazu dient der Rückkörper, auch als Rückmasse bezeichnet, zur Dämpfung der Schwingung gegenüber dem Bereich, in welchem keine Abstrahlung gewünscht ist.An environment sensing device according to the present invention which provides a solution to the problems discussed above has an ultrasonic transducer comprising at least one transducer element and at least one resonator body and a membrane for sound transmission, wherein the environmental sensing device is configured to transmit and / or to transmit ultrasonic signals receive. The resonator body has a front body and a rear body and is coupled to the diaphragm at an end face of the front body, that is to say at a portion of the front body facing toward the diaphragm, wherein the end face of the front body coupled to the diaphragm is plate-shaped. The plate shape may have an extension in the width direction that is greater than a dimension in the height direction or the Height direction corresponds, with a preferred height of the plate-shaped end face is between 0.1mm and 30mm, and a preferred width of the plate-shaped end face is between 0.5mm and 30mm. The front body and the rear body of the resonator, also called vibrating body, can be made of different materials, such as metal, ceramic or plastic or a combination of these. The acoustic wave emitted by the transducer element for environment sensing leaves the environment sensing arrangement preferably in the direction of the front side of the front body, also referred to as front mass, wherein rearward radiation is completely suppressed in the best case. This purpose, the back body, also referred to as back mass, for damping the vibration relative to the area in which no radiation is desired.
Der Begriff des Wandlerelements ist weit zu fassen und umfasst beispielsweise elektrischakustische Wandler, welche nach elektrostatischen, magnetostriktiven, piezoelektrischen Effekten oder Kombinationen dieser Effekte arbeiten. Im Rahmen der Erfindung kann das Wandlerelement insbesondere ein piezoelektrisches Element sein und die Umfeldsensiereinrichtung als eine piezoelektrische Umfeldsensiereinrichtung oder als Umfeldsensiereinrichtung auf Piezobasis verstanden werden.The term transducer element is to be understood broadly and includes, for example, electric-acoustic transducers which operate on electrostatic, magnetostrictive, piezoelectric effects or combinations of these effects. In the context of the invention, the transducer element can in particular be a piezoelectric element and the environmental sensing device can be understood as a piezoelectric environment sensing device or as a piezoelectric environment sensing device.
Die sogenannte Membran der Umfeldsensiereinrichtung ist beispielsweise durch eine Außenhaut eines Stoßfängers, Seitenspiegels oder Türbereichs eines Kraftfahrzeugs gebildet, wobei das Wandlerelement oder die Wandlerelemente und der oder die Resonanzkörper versteckt hinter dieser Außenhaut angeordnet sind. Durch die Kopplung mit dem Ultraschallwandler bildet die Membran eine Resonanzmembran der Umfeldsensiereinrichtung. Bevorzugt wird die Membran aus einer dünnen Materialschicht gebildet, die beispielsweise aus einem für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs üblichen Polymermaterial gefertigt ist. Bevorzugt weist die Membran eine Dicke zwischen 0,1mm und 4mm, besonders bevorzugt weniger als 1mm auf. Die Kopplung des Resonanzkörpers an der Stirnseite mit der Membran kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen, in jedem Fall aber so, dass eine akustische Kopplung in ausreichendem Maße ermöglicht ist, also dass akustische Strahlungsmuster übertragen werden können. Die unmittelbare Kopplung kann beispielsweise durch einen Presssitz, Klemmsitz, wie etwa durch Einschrauben, oder auch durch eine Klebung bewerkstelligt sein. Eine mittelbare Kopplung kann bedeuten, dass eine weitere Materialschicht zwischen dem Resonanzkörper und der Membran vorgesehen ist, beispielsweise eine Flüssigkeit, wie ein Gel oder ein Öl. Diese weitere Materialschicht kann insbesondere dazu vorgesehen sein, um die akustische Kopplung zwischen dem Ultraschallwandler und der Membran zu optimieren.The so-called membrane of the environmental sensing device is formed, for example, by an outer skin of a bumper, side mirror or door region of a motor vehicle, wherein the transducer element or the transducer elements and the resonance body (s) are arranged hidden behind this outer skin. By coupling with the ultrasonic transducer, the membrane forms a resonance membrane of the environment sensing device. Preferably, the membrane is formed from a thin layer of material, which is made for example from a customary for the outer skin of a motor vehicle polymer material. The membrane preferably has a thickness of between 0.1 mm and 4 mm, particularly preferably less than 1 mm. The coupling of the resonator at the end face with the membrane can be done directly or indirectly, but in any case so that an acoustic coupling is sufficiently possible, so that acoustic radiation patterns can be transmitted. The direct coupling can be accomplished for example by a press fit, press fit, such as by screwing, or by an adhesive. Indirect coupling may mean that another layer of material is provided between the resonator body and the membrane, for example, a liquid such as a gel or an oil. This further material layer can be provided in particular in order to optimize the acoustic coupling between the ultrasound transducer and the membrane.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegeben Einrichtung möglich.By the features cited in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the device specified in the independent claim are possible.
In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung weist der Resonanzkörper zwischen seiner plattenförmigen Stirnseite und dem Wandlerelement zumindest teilweise eine Breitendimension auf, die geringer als die Breitendimension der Stirnseite ist. Demnach ist ein Absatz beziehungsweise eine Stufe zwischen der plattenförmigen Stirnseite und dem Rest des Vorderkörpers, also der Vorderkörper ohne die Stirnseite, vorgesehen. Der Begriff „plattenförmige Stirnseite“ bezeichnet hier einen Teil oder Abschnitt des Vorderkörpers, der direkt an dessen der Membran zugewandten Seite angeordnet ist und der in Form einer Platte vorliegt, das heißt dessen Dimension in der Breite, auch Breitendimension genannt, größer als dessen Dimension in der Höhe ist, auch Höhendimension genannt. Vorzugsweise hat der Resonanzkörper dabei einen T-förmigen Längsschnitt, einen Doppel-T-förmigen Längsschnitt, auch hantelförmiger Längsschnitt genannt, oder einen Längsschnitt in Form eines Dreiecks, das an seiner stirnseitigen Spitze in die Plattenform übergeht. Dadurch kann erreicht werden, dass die Biegesteifigkeit der Membran, wie zum Beispiel im Falle der Außenhaut eines Kfz-Stoßfängers als erfindungsgemäße Membran, nicht nur durch das Material des Stoßfängers definiert wird, sondern auch durch den Ultraschallwandler beziehungsweise durch dessen konstruktiven Aufbau, das heißt die Plattenform der Stirnseite des Vorderkörpers. Im Vergleich dazu wird bei der Verwendung eines Dickenschwingers des Stands der Technik, wie er in
Ferner kann die Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung durch die Wahl der Geometrie des Querschnitts der plattenförmigen Stirnseite beeinflusst werden, die im Kontakt mit der Stoßfängeraußenhaut steht. Im Prinzip kann jede Geometrie gewählt werden. Vorzugsweise entspricht der Querschnitt der plattenförmigen Stirnseite des Vorderkörpers einer entsprechend ausgewählten geometrischen Form, so zum Beispiel:
- – einer Kreisform, wodurch die plattenförmige Stirnseite des Vorderkörpers generell eine Scheibenform annimmt;
- – einer Ellipsenform, insbesondere mit unterschiedlichen Achslängen für unterschiedliche Richtcharakteristiken in horizontaler und/oder vertikaler Richtung;
- – einer Rechteckform, insbesondere einer Quadratform oder der Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, insbesondere mit unterschiedlichen Abmessungen für unterschiedliche Richtcharakteristiken in horizontaler und/oder vertikaler Richtung; oder
- – einer Kombination aus den vorhergehend genannten geometrischen Formen.
- - A circular shape, whereby the plate-shaped end face of the front body generally assumes a disk shape;
- - An elliptical shape, in particular with different axial lengths for different directional characteristics in the horizontal and / or vertical direction;
- - A rectangular shape, in particular a square shape or the shape of a rectangle with rounded corners, in particular with different dimensions for different directional characteristics in the horizontal and / or vertical direction; or
- - A combination of the previously mentioned geometric shapes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Umfeldsensiereinrichtung der Erfindung sind das Wandlerelement und der Resonanzkörper durch zumindest ein Spannelement auf Druck vorgespannt angeordnet, vorzugsweise in der Reihenfolge Rückkörper, Wandlerelement, Vorderkörper. Ein Spannelement kann dabei eine Schraube oder dergleichen sein. Eine derartige Gestaltung des Ultraschallwandlers wird besonders im Leistungsultraschall verwendet, da dort hohe mechanische Spannungen auf das piezokeramische Wandlerelement wirken können. Da aber besonders Zugspannungen zu Schädigungen der Piezokeramik führen können, ist die Anordnung durch beispielweise eine Schraube auf Druck vorgespannt, so dass der Ultraschallwandler stärker beansprucht werden kann.In a further preferred embodiment of the environment sensing device of the invention, the transducer element and the resonance body are biased by at least one tensioning element to pressure, preferably in the order rear body, transducer element, front body. A clamping element can be a screw or the like. Such a design of the ultrasonic transducer is used particularly in the power ultrasound, since there high mechanical stresses can act on the piezoceramic transducer element. However, since especially tensile stresses can lead to damage to the piezoceramic, the arrangement is biased by, for example, a screw on pressure, so that the ultrasonic transducer can be subjected to more stress.
Für Ultraschallwandleranwendungen, bei denen eine verdeckte Montage, wie zum Beispiel hinter einer Kunststoffverkleidung eines Stoßfängers, unerlässlich ist, werden bisher wie bereits vorhergehend diskutiert überwiegend Dickenschwinger eingesetzt, da bei diesen die Schallerzeugung genügend leistungsfähig ist, um die äußere Haut zu durchdringen. Diese Dickenschwinger bestehen in der Regel aus mehreren Elementen, die häufig aus Metall, Keramik, Piezokeramik oder Kunststoff gefertigt sind. Den genannten Materialien ist gemeinsam, dass sie nicht über eine für die Anwendung ausreichende Materialdämpfung verfügen. Demnach ist es bei der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung weiter bevorzugt, dass diese ferner einen Dämpfungsmechanismus zum Dämpfen der Schwingung des Resonanzkörpers in dem sonst schwach gedämpften System aufweist. Die ausreichende Dämpfung des mechanischen Resonanzsystems ist erforderlich, um ein für die Umfeldsensierung adäquates Ein- und Ausschwingverhalten zu erreichen, Bauteiltoleranzen auszugleichen und das Zusammenwirken mehrerer Einzelwandler zu gewährleisten. So kann in einer Ausführung der Dämpfungsmechanismus durch Vorsprünge an Vorderkörper und/oder Rückkörper ausgebildet sein, die in einem schwingungsdämpfenden Material gelagert sind, vorzugsweise ein Material auf Silikonbasis, wie zum Beispiel ein Silikonschaum oder dergleichen. Hier kann unter anderem ein poriger Silikonschaum zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel der im Handel erhältliche Silikonschaum Fermasil. Wird nun beispielsweise der Vorderkörper mit Rippen oder anderen hervorstehenden Geometrien, wie zum Beispiel Noppen oder Flügel oder dergleichen, versehen, so wird bei einer Schwingung des Ultraschallwandlers und demnach einer Schwingung des Resonanzkörpers das Dämpfungsmaterial gestaucht und die Schwingung des Vorderkörpers durch das schwingungsdämpfende Material gedämpft. Derartige Rippen oder alternative vorstehende Geometrien können auch an dem Rückkörper angebracht werden. Weiter vorzugsweise sind die mit Rippen oder anderen hervorstehenden Geometrien versehenen Teile des Resonanzkörpers mit dem schwingungsdämpfenden Material umgossen.For ultrasonic transducer applications, where a covert assembly, such as behind a plastic paneling of a bumper, is essential, are previously discussed as previously discussed predominantly thickness vibrators used, since in these the sound generation is powerful enough to penetrate the outer skin. These thickness vibrators usually consist of several elements, which are often made of metal, ceramic, piezoceramic or plastic. The materials mentioned have in common that they do not have sufficient for the application material damping. Accordingly, it is further preferred in the environmental sensing device according to the invention that it further comprises a damping mechanism for damping the vibration of the resonance body in the otherwise weakly damped system. The sufficient damping of the mechanical resonance system is required to achieve adequate for the environment sensing on and Ausschwingverhalten to compensate for component tolerances and to ensure the interaction of several individual transducers. Thus, in one embodiment, the damping mechanism may be formed by projections on the front body and / or the rear body which are supported in a vibration damping material, preferably a silicone based material such as a silicone foam or the like. Here, inter alia, a porous silicone foam can be used, such as the commercially available silicone foam Fermasil. If, for example, the front body is provided with ribs or other protruding geometries, such as knobs or wings or the like, the damping material is compressed and the oscillation of the front body is damped by the vibration-damping material during oscillation of the ultrasonic transducer and thus oscillation of the resonance body. Such ribs or alternative protruding geometries may also be attached to the rear body. Further preferably, provided with ribs or other protruding geometries parts of the resonator are encapsulated with the vibration damping material.
Beispielhaft kann für den Vorderkörper ein Kunststoff- oder Gummimaterial gewählt werden, wobei der Rückkörper unter anderem aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium, Blech, Stahl oder Messing gefertigt sein kann. Die Auswahl geeigneter Materialien kann durch Einschränkungen oder Vorgaben bezüglich der zu erreichenden Empfangsempfindlichkeiten oder Sendesignalstärken der Umfeldsensiereinrichtung festgelegt sein. Insbesondere können aber auch weitere Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur oder etwa die mechanische Beanspruchung durch Schütteln, berücksichtigt werden, um geeignete Materialien festzulegen.By way of example, a plastic or rubber material can be selected for the front body, wherein the rear body can be made of, inter alia, a metal, for example aluminum, sheet metal, steel or brass. The selection of suitable materials may be determined by constraints on the reception sensitivities or transmit signal strengths of the environmental sensing device to be achieved. In particular, but also other environmental influences, such as the ambient temperature or about the mechanical stress through Shaking, taken into account to determine suitable materials.
Alternativ zu der vorhergehend beschriebenen Ausführung des Dämpfungsmechanismus kann bei der Umfeldsensiereinrichtung der Dämpfungsmechanismus auch dadurch umgesetzt werden, dass der Vorderkörper und/oder der Rückkörper des Resonanzkörpers aus zumindest einem Verbundwerkstoff, auch Composite-Material genannt, bestehen. Dies bedeutet, dass die Integration der Dämpfung in den Resonanzkörper durch Verwenden von sogenannten Composite-Materialien erreicht wird. Der Resonanzkörper kann dabei mittels verschiedener Herstellungsmethoden zu einem derartigen Composite-Körper oder einem Verbund derartiger Composite-Körper gemacht werden, unter anderem durch folgende Methoden:
- – Sintern von Metallen, Keramiken, Kunststoffen, oder anderen geeigneten Materialien, gegebenenfalls unter Zumischung dämpfungssteigender anderer Materialien;
- – Fertigung aus Metallschäumen mit luftgefüllten Hohlräumen oder mit Hohlräumen, die mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen gefüllt sind;
- – Fertigung unter Vorsehen einer Wabenstruktur, gegebenenfalls mit Auffüllen der Hohlräume mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen;
- – Fertigung aus zumindest einem Metallgeflecht in voluminöser Form, gegebenenfalls gefüllt mit Polymermaterial, Epoxidharz oder dergleichen, wobei die Füllung formgebend sein kann;
- – Fertigung aus einem Polymermaterial, das mit Metallteilen, Keramikteilen oder dergleichen gefüllt ist; oder
- – Fertigung unter Vorsehen von Kanälen oder größeren Hohlräumen, wobei die Kanäle oder Hohlräume mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen gefüllt sind.
- - sintering of metals, ceramics, plastics, or other suitable materials, optionally with the addition of other materials which increase damping;
- - Manufacture of metal foams with air-filled cavities or cavities filled with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like;
- - Manufacturing with provision of a honeycomb structure, optionally with filling the cavities with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like;
- - Manufacture of at least one metal mesh in voluminous form, optionally filled with polymer material, epoxy resin or the like, wherein the filling can be shaping;
- - Manufacture of a polymer material filled with metal parts, ceramic parts or the like; or
- - Manufacture providing channels or larger cavities, wherein the channels or cavities with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like are filled.
Dabei kann nur der Vorderkörper oder nur der Rückkörper durch eine der vorherstehenden Herstellungsmethoden gefertigt sein. Alternativ dazu kann sowohl der Vorderkörper als auch der Rückkörper durch eine der vorherstehenden Herstellungsmethoden gefertigt sein. Ferner können verschiedene Herstellungsmethoden bei Vorderkörper und Rückkörper verwendet werden. Es können aber auch verschiedene Herstellungsmethoden in einem von dem Vorderkörper und dem Rückkörper oder in sowohl in dem Vorderkörper als auch in dem Rückkörper zum Einsatz kommen.In this case, only the front body or only the back body can be made by one of the above manufacturing methods. Alternatively, both the front body and the back body may be manufactured by one of the above manufacturing methods. Furthermore, different methods of preparation of the front body and the rear body can be used. However, various methods of fabrication may be used in one of the front body and the rear body or in both the front body and the rear body.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind das Wandlerelement und der Resonanzkörper durch einen Presssitz oder durch eine Klebung miteinander gekoppelt. Die Wahl der Kopplung kann durch das voraussichtliche Einsatzgebiet bestimmt sein, beispielsweise durch Vorgaben der Schüttelfestigkeit der Anordnung. Ferner können zusätzlich an den Verbindungsstellen zwischen der Membran und dem Vorderkörper, dem Vorderkörper und dem Piezoelement, und/oder dem Piezoelement und dem Rückkörper in beispielsweise der Klebung oder dem Klemmkontakt ebenfalls Dämpfungsmechanismen vorgesehen sein.According to a further embodiment, the transducer element and the resonance body are coupled together by a press fit or by gluing. The choice of coupling can be determined by the expected field of application, for example by specifying the shake resistance of the arrangement. Furthermore, in addition to the connection points between the membrane and the front body, the front body and the piezoelectric element, and / or the piezoelectric element and the rear body in, for example, the gluing or the clamping contact also damping mechanisms may be provided.
Ein derartig hergestellter Resonanzkörper ist besonders geeignet für alle Fahrzeuge oder bewegte Maschinen, die generell eine Umfeldsensierung einsetzen. Die Erfindung kann insbesondere bei solchen Umfeldsensoren eingesetzt werden, welche beispielsweise im vorderen und/oder hinteren Stoßfänger eines Fahrzeugs zum Zwecke der Parkassistenz und/oder Kollisionsvermeidung vorgesehen sind. Typischerweise werden dabei Ultraschallwandler eingesetzt, welche sowohl Ultraschallwellen emittieren können als auch Ultraschallwellen empfangen können. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Ultraschallwandler nur als Empfänger oder nur als Sender einzusetzen. Insbesondere ist dies der Fall bei den fahrzeugtechnikbezogenen Gebieten Antriebselektronik und Betriebselektronik, auch AE-BE genannt, im Bereich der Robotik, insbesondere für Transportroboter in der Fertigung, in Krankenhäusern, in Pflegeheimen, in Logistikbereichen, etc., sowie bei der Herstellung von Land- und Baumaschinen.A resonator manufactured in this way is particularly suitable for all vehicles or moving machines which generally use environmental sensing. The invention can be used in particular in those environmental sensors which are provided, for example, in the front and / or rear bumper of a vehicle for the purpose of parking assistance and / or collision avoidance. Typically, ultrasonic transducers are used which can both emit ultrasonic waves and receive ultrasonic waves. But it can also be provided to use the ultrasonic transducer only as a receiver or only as a transmitter. In particular, this is the case in the vehicle technology-related areas of drive electronics and operating electronics, also known as AE-BE, in the field of robotics, in particular for transport robots in manufacturing, in hospitals, in nursing homes, in logistics areas, etc., as well as in the production of agricultural vehicles. and construction machinery.
Ferner ist gemäß der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger, Seitenspiegel oder Türabschnitt und einer vorhergehend beschriebenen Umfeldsensiereinrichtung vorgesehen, wobei die Membran der Umfeldsensiereinrichtung durch eine Außenhaut des Stoßfängers, des Seitenspiegels oder des Türabschnitts ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler, also das Wandlerelement und der Resonanzkörper, versteckt hinter der Außenhaut angeordnet sind. Insbesondere kann dabei die Umfeldsensiereinrichtung in einem Ultraschallsystem verbaut sein, welches eine Gruppe von Ultraschallsensiereinrichtungen umfasst, wobei zumindest eine, bevorzugt alle Ultraschallsensiereinrichtungen die vorhergehend beschriebenen Merkmale der Umfeldsensiereinrichtung umfassen. Das Ultraschallsystem kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Teilumgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise können die Ultraschallsensiereinrichtungen im Frontbereich zur Erfassung einer vorderseitigen Fahrzeugumgebung und/oder die Ultraschallsensiereinrichtungen im Seitenbereich zur Erfassung eines Seitenbereichs des Fahrzeugs und/oder die Ultraschallsensiereinrichtungen im Heckbereich zur Erfassung einer rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs jeweils einem derartigen Ultraschallsystem zugeordnet sein. Typischerweise werden hierbei vier bis sechs Ultraschallsensiereinrichtungen in einem Stoßfänger verbaut, wobei nur maximal vier Ultraschallsensiereinrichtungen mit ungefähr derselben Blickrichtung montiert sind. Um insbesondere auch den Bereich neben dem Fahrzeug zu erfassen, werden im vorderen Stoßfänger außerdem Ultraschallsensiereinrichtungen so positioniert, dass sie nach links und nach rechts ihren Erfassungsbereich haben. Zusätzlich oder alternativ können auch im hinteren Stoßfänger Ultraschallsensiereinrichtungen derart positioniert sein, dass diese einen Bereich links und rechts neben dem Kraftfahrzeug erfassen. Das Ultraschallsystem weist darüber hinaus auch eine der jeweiligen Gruppe zugeordnete Steuereinrichtung und eine Signalverarbeitungseinrichtung auf. Um den Seitenbereich des Fahrzeugs zu erfassen, können sowohl seitlich im vorderen und hinteren Stoßfänger verbaute Ultraschallsensiereinrichtungen verwendet werden, als auch solche Ultraschallsensiereinrichtungen, die in einem Seitenspiegel oder in einem Türabschnitt verbaut sind.Further, according to the invention, there is provided a motor vehicle having a bumper, side mirror or door section and a surrounding sensing device as described above, wherein the membrane of the surrounding sensing device is formed by an outer skin of the bumper, the side mirror or the door section, and wherein the ultrasonic transducer, that is, the transducer element and the resonance body , hidden behind the outer skin are arranged. In particular, the environment-sensing device can be installed in an ultrasound system which comprises a group of ultrasound-sensing devices, wherein at least one, preferably all ultrasound-sensing devices comprise the previously described features of the surroundings-sensing device. The ultrasound system can be set up, for example, to detect a sub-environment of the motor vehicle. For example, the front-side ultrasonic sensing devices for detecting a front-side vehicle environment and / or the side-detecting ultrasonic detecting devices for detecting a side region of the vehicle and / or the rear-side ultrasonic sensing devices for detecting a rearward environment of the vehicle may each be associated with such an ultrasonic system. Typically, this will be four to six Ultrasonic sensors installed in a bumper, with only a maximum of four ultrasonic sensors are mounted with approximately the same direction of view. In particular, to detect the area adjacent to the vehicle, ultrasonic sensors are also positioned in the front bumper so that they have their detection area to the left and to the right. Additionally or alternatively, ultrasound sensing devices can also be positioned in the rear bumper in such a way that they detect an area to the left and right of the motor vehicle. The ultrasound system furthermore has a control device assigned to the respective group and a signal processing device. In order to detect the side region of the vehicle, both ultrasonic sensors used laterally in the front and rear bumper can be used, as can those ultrasonic sensors which are installed in a side mirror or in a door section.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Kraftfahrzeugstoßfänger bestehen heutzutage hauptsächlich aus Kunststoffen, die eine vergleichsweise hohe Steifigkeitsänderung über der Temperatur aufweisen. Dadurch kann sich die Resonanzfrequenz des Umfeldsensiersystems auf unerwünschte Weise verschieben. Ist die Sendefrequenz hingegen konstant, führt dies zu Einbußen im Sende- und Empfangsbetrieb, da nicht mehr in Resonanz gesendet wird. Mit der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung können nun Wandlerkonzepte umgesetzt werden, die unsichtbar hinter dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs montiert werden können und einen Teil des Stoßfängers zum Schwingen anregen, der dann wiederum entsprechende Schallwellen aussendet. Dadurch wird eine bessere Gestaltung des Ultraschallwandlers erreicht, so dass die Eigenschaftsänderung des Stoßfängermaterials einen möglichst geringen Einfluss auf die Resonanzfrequenz hat.Automotive bumpers today consist mainly of plastics which have a comparatively high stiffness change over the temperature. This may undesirably shift the resonant frequency of the environmental sensing system. On the other hand, if the transmission frequency is constant, this leads to losses in the transmission and reception mode, since resonance is no longer transmitted. With the environment sensing device according to the invention can now converter concepts are implemented, which can be mounted invisibly behind the bumper of a motor vehicle and stimulate a part of the bumper to vibrate, which in turn emits corresponding sound waves. As a result, a better design of the ultrasonic transducer is achieved, so that the property change of the bumper material has the least possible influence on the resonance frequency.
Darüber hinaus ermöglich die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung des Vorderkörpers eine Beeinflussung der Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers und damit der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung, wobei die gewünschte Richtcharakteristik und Resonanzfrequenz durch unterschiedliche Geometrie-Parameter der vorgeschlagenen Gestaltung eingestellt werden können.In addition, the constructive design of the front body according to the invention makes it possible to influence the directional characteristic of the ultrasound transducer and thus the environment sensing device according to the invention, wherein the desired directional characteristic and resonant frequency can be adjusted by different geometry parameters of the proposed design.
Die vorliegende Erfindung, zumindest im Zuge einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung, ermöglicht es weiterhin, eine Schwingungsdämpfung in die Elemente des Resonanzkörpers durch Verwendung von Composite-Körpern zu integrieren. Zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen beziehungsweise separat vorgesehene Dämpfungsbauteile können dabei vermieden werden, wodurch mittels der Integration der Dämpfung in die Bauteile des Resonanzkörpers die Montage der Umfeldsensiereinrichtung vereinfacht werden kann, Einsparungen zusätzlicher schwingungsdämpfender Bauteile erzielt werden, Bauraum für die erfindungsgemäße Umfeldsensiereinrichtung verringert werden kann, und eine unerwünschte Schwingungseinleitung in benachbarte Strukturen verhindert werden kann, da aufgrund der Vermeidung zusätzlicher Dämpfungsmaterialien, die um den Resonanzkörper umgossen sind, keine Verbindung zum Gehäuse herstellt wird.The present invention, at least in the context of a preferred embodiment of the environmental sensing device according to the invention, furthermore makes it possible to integrate a vibration damping in the elements of the resonance body by using composite bodies. Additional damping measures or separately provided damping components can be avoided, whereby the assembly of the environment sensing device can be simplified by means of the integration of the damping in the components of the resonator, savings of additional vibration damping components can be achieved, space for the environment sensing device according to the invention can be reduced, and an undesirable vibration introduction can be prevented in adjacent structures, since due to the avoidance of additional damping materials, which are encapsulated around the resonator body, no connection is made to the housing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Der Vorderkörper
Ein Durchmesser des Querschnitts der Stirnseite
In
Ferner zeigt
In
Schließlich ist in
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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