DE102016120120A1

DE102016120120A1 - Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem auf einer Membran angeordnetem Dämpfungselement, Anordnung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016120120A1
Application number: DE102016120120.0A
Authority: DE
Inventors: Felix Haering; Marian Röger; Uwe Kupfernagel; Steffen Jäger
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (4) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Sensor(13), welcher eine Membran (14) und ein Wandlerelement (18) aufweist, wobei das Wandlerelement (18) dazu ausgelegt ist, eine Schwingung der Membran (14) infolge eines mit dem Sensor (13) empfangenen und über Luft übertragenen Schallsignals zu erfassen, und wobei die Sensorvorrichtung (4) verdeckt hinter einem Verkleidungsteil (8) des Kraftfahrzeugs (1) anordenbar ist, wobei die Sensorvorrichtung (4) ein Dämpfungselement (20) aufweist, welches an der Membran (14) angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement (20) dazu ausgelegt ist, bei der Anordnung der des Dämpfungselements (20) zwischen dem Verkleidungsteil (8) und der Membran (14) einen von dem Verkleidungsteil (8) zu der Membran (14) übertragenen Körperschall zu dämpfen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sensor, welcher eine Membran und ein Wandlerelement aufweist, wobei das Wandlerelement dazu ausgelegt ist, eine Schwingung der Membran infolge eines mit dem Sensor empfangenen und über Luft übertragenen Schallsignals zu empfangen, und wobei die Sensorvorrichtung verdeckt hinter einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs anordenbar ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung mit einer solchen Sensorvorrichtung und dem Verkleidungsteil. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Kraftfahrzeug.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Sensoren für Kraftfahrzeuge. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Ultraschallsensoren bekannt. Derartige Ultraschallsensoren können Teil eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Parkhilfesystems, sein. Diese Ultraschallsensoren umfassen eine Membran und ein Wandlerelement, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, mit dem die Membran zum Aussenden eines Ultraschallsignals zu mechanischen Schwingungen angeregt werden kann. Mit dem Ultraschallsensor kann auch ein Ultraschallsignal empfangen werden, welches über Luft übertragen wird. Ein solches Ultraschallsignal kann beispielsweise ein von einem Objekt reflektiertes Ultraschallsignal sein, das zuvor mit dem Ultraschallsensor ausgesendet wurde. Zum Empfangen des Ultraschallsignals kann mit dem Wandlerelement die Schwingung der Membran, die durch das auf die Membran auftreffende Ultraschallsignal bewirkt wird, erfasst werden.
Die Ultraschallsensoren können beispielsweise an entsprechenden Öffnungen der Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Alternativ dazu können die Ultraschallsensoren verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sein. Hierzu beschreibt die DE 10 2011 105 071 A1 eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Ultraschallsensor, an dem frontseitig abschließend ein Montagedeckel angeordnet ist, mit welchem die Vorrichtung an einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Dabei deckt der Montagedeckel die Membran vollflächig nach vorne ab. Des Weiteren ist ein ringförmiges Schwingungsdämpfungselement auf einer dem Ultraschallsensor zugewandten Seite des Montagedeckels angeordnet. Somit kann eine Übertragung der Schwingung auf das Verkleidungsteil minimiert werden und darüber hinaus die Abstrahlung entsprechend eingegrenzt werden.
Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Ultraschallsensoren neben der Erfassung von Ultraschallsignalen, die über Luft übertragen werden, auch zur Erfassung von Körperschall zu verwenden. Hierzu beschreibt die DE 10 2015 106 408 A1 eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mit einem Ultraschallsensor, welcher dazu ausgelegt ist, ein Ultraschallsignal zu empfangen und welcher zudem dazu ausgelegt ist, ein Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung zu erfassen. Durch das auf die Radlaufverkleidung auftreffende Wasser wird eine mechanische Schwingung der Membran des Ultraschallsensors bewirkt, die mit einem Wandlerelement des Ultraschallsensors erfasst werden kann.
Bei der Erkennung von Wasser, das auf die Radlaufverkleidung beziehungsweise die Radschale auftrifft, ergibt sich die Problematik, dass die aus der Körperschallübertragung im Sensor resultierende Auslenkung der Membran größer sind als die Auslenkung, die beim Empfangen eines Ultraschallsignals, das über Luft übertragen wird, auftreten und für die der Ultraschallsensor eigentlich ausgelegt ist. In der Folge kommt es bei der Detektion von Körperschall häufig zu einer unerwünschten Signalsättigung, die eine Quantifizierung des Körperschalls mittels eines solchen Ultraschallsensors einschränken kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Funktionalität eines Sensors zur Erfassung von Schallsignalen für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art auf einfache und zuverlässige Weise erweitert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung, durch eine Anordnung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug einen Sensor, welcher eine Membran und ein Wandlerelement aufweist, wobei das Wandlerelement bevorzugt dazu ausgelegt ist, eine Schwingung der Membran infolge eines mit dem Sensor empfangenen und über Luft übertragenen Schallsignals zu erfassen. Darüber hinaus ist die Sensorvorrichtung bevorzugt verdeckt hinter einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs anordenbar. Bevorzugt weist die Sensorvorrichtung ein Dämpfungselement auf, welches insbesondere an der Membran angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement bevorzugt dazu ausgelegt ist, bei der Anordnung des Dämpfungselements zwischen dem Verkleidungsteil und der Membran einen von dem Verkleidungsteil zu der Membran übertragenen Körperschall zu dämpfen.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Sensor, welcher eine Membran und ein Wandlerelement aufweist, wobei das Wandlerelement dazu ausgelegt ist, eine Schwingung der Membran infolge eines mit dem Sensor empfangenen und über Luft übertragenen Schallsignals zu erfassen, und wobei die Sensorvorrichtung verdeckt hinter einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs anordenbar ist. Darüber hinaus weist die Sensorvorrichtung ein Dämpfungselement auf, welches an der Membran angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement dazu ausgelegt ist, bei der Anordnung des Dämpfungselements zwischen dem Verkleidungsteil und der Membran einen von dem Verkleidungsteil zu der Membran übertragenen Körperschall zu dämpfen.
Die Sensorvorrichtung umfasst den Sensor, der üblicherweise dazu verwendet wird, ein Schallsignal, welches über Luft übertragen wird, zu empfangen. Insbesondere ist der Sensor als Ultraschallsensor ausgebildet und ist dazu ausgelegt, ein über Luft übertragenes Ultraschallsignal zu empfangen. Ein solcher Ultraschallsensor wird ansonsten üblicherweise in einem Parkhilfesystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Der Sensor weist eine Membran auf, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann und die aus Aluminium gefertigt sein kann. Darüber hinaus weist der Sensor ein Wandlerelement auf, welches beispielsweise durch ein piezoelektrisches Element gebildet sein kann. Dieses Wandlerelement ist mit der Membran und insbesondere mit einem Membranboden der Membran verbunden. Wenn mit dem Sensor ein Schallsignal empfangen werden soll, kann hierzu mit dem Wandlerelement die Schwingung der Membran erfasst werden, die durch das auf die Membran auftreffende Schallsignal bewirkt wird.
Vorliegend soll der Sensor dazu verwendet werden, Körperschall eines Verkleidungsteils des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Es soll also ein Sensor, der ansonsten zur Detektion von Schallsignalen, die über Luft übertragen werden, dient, nun zur Körperschallmessung verwendet werden. Hierzu kann der Sensor an dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Dabei ist die Sensorvorrichtung beziehungsweise der Sensor verdeckt hinter dem Verkleidungsteil angeordnet. Dies bedeutet, dass die Sensorvorrichtung für einen Betrachter, der sich vor dem Kraftfahrzeug befindet, nicht sichtbar ist. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung eine Befestigungseinrichtung zur verdeckten Befestigung des Sensors hinter dem Verkleidungsteil aufweisen. Bei dem Verkleidungsteil kann es sich insbesondere um ein Außenverkleidungsteil oder um ein Karosserieteil des Kraftfahrzeugs handeln.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nun vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein Dämpfungselement aufweist, welches an der Membran angeordnet ist. Insbesondere ist das Dämpfungselement auf einem Membranboden der Membran angeordnet. Dabei ist das Dämpfungselement dazu ausgelegt, bei der Anordnung der Sensorvorrichtung an dem Verkleidungsteil einen von dem Verkleidungsteil zu der Membran übertragenen Körperschall zu dämpfen. Wenn ein Sensor, der ansonsten zur Detektion von Schallsignalen genutzt wird, zur Messung des Körperschalls verwendet wird, kann das Problem auftreten, dass dieser nicht für die Signalamplituden, die infolge des Körperschalls auftreten, ausgelegt ist. Insbesondere wenn Körperschallsignale detektiert werden sollen, welche von auftreffenden Wassertropfen stammen, kann es zu einer unerwünschten Signalsättigung kommen. Das Problem der Signalsättigung lässt sich beheben, indem man die Körperschallwellen, bevor sie auf die Membran des Sensors treffen, in ihrer Amplitude reduziert. Hierzu wird das Dämpfungselement verwendet, welches als Zwischenschicht zwischen der Membran des Sensors und dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs, dessen Körperschall gemessen werden soll, angeordnet wird. Damit kann ein Sensor dazu verwendet werden, Körperschall von dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs beziehungsweise Körperschall, der sich in dem Verkleidungsteil ausbreitet, zu bestimmen.
Bevorzugt ist das Wandlerelement dazu ausgelegt, bei der Anordnung der Sensorvorrichtung an dem Verkleidungsteil die Schwingung der Membran infolge des von dem Verkleidungsteil an die Membran übertragenen und durch das Dämpfungselement gedämpften Körperschall zu bestimmen. Wenn die Sensorvorrichtung verdeckt hinter dem Verkleidungsteil, dessen Körperschall bestimmt werden soll, angeordnet ist, breitet sich der Körperschall von dem Verkleidungsteil über das Dämpfungselement zu der Membran des Sensors aus. Dabei wird der Körperschall von dem Dämpfungselement gedämpft beziehungsweise in seiner Amplitude reduziert. Das Dämpfungselement kann auch so ausgebildet sein, dass der Körperschall an dem Dämpfungselement zumindest teilweise reflektiert wird. Infolge des Körperschalls, der gedämpft an die Membran übertragen wird, wird die Membran zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen können mit dem Wandlerelement erfasst werden. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ferner eine Auswerteeinrichtung aufweist, mittels welcher die mit dem Wandlerelement bereitgestellten Sensorsignale ausgewertet werden können. Dies ermöglicht es, beispielsweise die Auswerteeinrichtung des Sensors, mit dem Schallsignale oder akustische Signale erfasst werden, zu verwenden, um die Sensorsignale, die den Körperschall beschreiben, zu charakterisieren.
In einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement aus einem weichelastischen und/oder porösem Material gebildet. Beispielsweise kann das Material weichelastisch sein, beispielsweise ein Silikon. Das Material kann zum Beispiel auch weichelastisch und porös sein, beispielsweise ein Silikonschaum. Das Dämpfungselement kann eine vorbestimmte Schichtdicke aufweisen. Beispielsweise kann das Dämpfungselement plattenförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist das Dämpfungselement so ausgebildet, dass nur ein gewisser Anteil der Körperschallenergie von dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs zur Membran gelangt, während der Rest des Körperschalls entweder in dem zu untersuchenden Verkleidungsteil verbleibt oder aber in dem Dämpfungselement beziehungsweise der Zwischenschicht dissipiert wird. Das Kopplungsverhalten dieses Dämpfungselements lässt sich durch eine Kombination von Materialauswahl und Schichtgeometrie gezielt beeinflussen. Wenn das Dämpfungselement Silikon und/oder einen Silikonschaum umfasst, kann eine ausreichende Dämpfung des Körperschalls erreicht werden. Zudem ist dieses Material temperatur- und umweltbeständig.
Bevorzugt weist das Dämpfungselement eine Durchgangsöffnung auf, wobei die Durchgangsöffnung an einem mittleren Bereich der Membran angeordnet ist. Dieser mittlere Bereich der Membran beziehungsweise des Membranbodens der Membran beschreibt insbesondere den Bereich, bei dessen Anregung mit Schall besonders große Signalamplituden im Sensor erzeugt werden. Beispielsweise kann das Dämpfungselement im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sein. Zwischen der Membran des Sensors und dem zu vermessenden Körper beziehungsweise Verkleidungsteil entsteht also ein Luftspalt von der Dicke des Dämpfungselements. Durch den großen Impedanzunterschied zwischen dem Festkörper und der Luft wird im Bereich der Durchgangsöffnung lediglich ein stark reduzierter Anteil der Schallenergie in die Membran transferiert. Die Membran wird also unempfindlicher und die Problematik der Signalsättigung wird gelöst.
Bevorzugt ist die Durchgangsöffnung in einem dem Wandlerelement zugeordneten Bereich auf einer dem Wandlerelement gegenüberliegenden Seite der Membran angeordnet. Im mittleren Bereiche der Membran beziehungsweise des Membranbodens, an welchem auch das Wandlerelement auf der Innenseite der Membran angeordnet ist, weist die Membran größte Schwingungsamplitude auf. Wenn in diesem Bereich der Luftspalt, der durch eine Durchgangsöffnung in dem Dämpfungselement bereitgestellt wird, angeordnet ist, kann eine besonders effiziente Dämpfung des Körperschalls ermöglicht werden. In diesem Fall agiert die Luft in der Durchgangsöffnung quasi als Schall-Isolationsschicht. Ferner wird ein hochempfindlicher Zentrumsbereich der Membran weitestgehend entkoppelt. Eine Feinabstimmung der Ankopplung ist dabei durch die Auswahl des Innendurchmessers des ringförmigen Dämpfungselements möglich. Je größer der Innendurchmesser ausfällt, desto geringer ist die resultierende Empfindlichkeit auf Körperschall in dem zu messenden Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs.
Bevorzugt ist der Sensor als Ultraschallsensor ausgebildet und das Wandlerelement ist dazu ausgelegt, die Schwingung der Membran infolge eines mit dem Sensor empfangenen und über Luft übertragenen Ultraschallsignals zu erfassen. Ein solcher Ultraschallsensor wird ansonsten üblicherweise in einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs verwendet, um Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Mit dem Ultraschallsensor können Ultraschallsignale, welche Frequenzen im Bereich von 50 kHz aufweisen, erfasst werden. In diesem Frequenzbereich kann der Ultraschallsensor die größte Empfindlichkeit aufweisen. Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass mit dem Ultraschallsensor Signale oder Schwingungen in einem Frequenzbereich unterhalb von 50 kHz - gegebenenfalls mit einer geringeren Empfindlichkeit - empfangen werden können. Durch die Anordnung des Dämpfungselements auf der Membran des Ultraschallsensors kann eine Quantifizierbarkeit des Körperschallsignals erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung und ein Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs, hinter welchem die Sensorvorrichtung verdeckt angeordnet ist. Die Anordnung kann auch mehrere Sensorvorrichtungen umfassen, welche verteilt an dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs angeordnet werden können. Bei dem Verkleidungsteil kann es sich insbesondere um ein Außenverkleidungsteil oder ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs handeln. Das Verkleidungsteil kann ein Stoßfänger des Kraftfahrzeus sein. Bevorzugt ist das Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs eine Radlaufverkleidung. Die Radlaufverkleidung kann auch als Radschale bezeichnet werden. Diese Radlaufverkleidung ist einem Radkasten des Kraftfahrzeugs angeordnet. Beispielsweise kann die Radlaufverkleidung aus einem entsprechenden Kunststoff gebildet sein. In der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Sensorvorrichtung ist diese auf einer dem Rad des Kraftfahrzeugs abgewandten Rückseite der Radlaufverkleidung angeordnet.
Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung dazu ausgelegt, ein Auftreffen von Wasser auf das Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs anhand der Schwingung der Membran zu erkennen. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung dazu ausgelegt, dass Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung anhand der Schwingung der Membran zu erkennen. Wenn das Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn bewegt wird, kann Wasser, welches sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, durch die Rotation des Rades des Kraftfahrzeugs auf die Radlaufverkleidung geschleudert werden. Das Wasser, welches sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, trifft dann als Wassertropfen oder als Spritzwasser auf die Radlaufverkleidung. Das Wasser, das auf die Radlaufverkleidung auftrifft, bewirkt, dass sich Körperschall innerhalb der Radlaufverkleidung ausbreitet. Dieser Körperschall trifft dann auf das Dämpfungselement beziehungsweise auf die Durchgangsöffnung in dem Dämpfungselement und wird von dort an die Membran des Sensors übertragen. Dies hat zur Folge, dass die Membran des Sensors zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Diese können dann mit dem Wandlerelement, das mit der Membran verbunden ist, erfasst werden. Wie bereits erläutert, kann die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweisen, mittels welcher die Sensorsignale, die mit dem Wandlerelement bereitgestellt werden, ausgewertet werden können. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sensorsignale mit einem zentralen Steuergerät ausgewertet werden. Somit kann die Auswerteeinrichtung die Sensorsignale mit Referenzmessungen vergleichen, welche ein Auftreffen des Wassers auf die Radlaufverkleidung beschreiben. Diese Referenzmessungen können eine vorbestimmte Amplitude und/oder eine vorbestimmte Frequenz des Körperschalls beschreiben. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Erkennung von Wasser, das auf die Radlaufverkleidung auftritt.
Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung dazu ausgelegt, einen Zustand der Fahrbahn anhand der Schwingung der Membran zu erkennen. Insbesondere kann mithilfe der Sensorvorrichtung beziehungsweise der Auswerteeinrichtung die Menge des Wassers, das auf die Radlaufverkleidung auftrifft, bestimmt werden. Dabei kann ferner berücksichtigt werden, in welchem Bereich der Radlaufverkleidung die Sensorvorrichtung angeordnet ist. Ferner kann die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, welches sich auf die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades des Kraftfahrzeugs auswirkt. Insbesondere kann anhand der Sensorsignale, die mit dem Wandlerelement bereitgestellt werden, unterschieden werden, ob einzelne Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung auftreffen oder Spritzwasser auf die Radlaufverkleidung auftrifft. Somit kann eine Menge des Wassers, welche sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, bestimmt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem mehrere Anordnungen umfasst, welche in den Radkästen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Bevorzugt ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem mit der Sensorvorrichtung erfassten Zustand der Fahrbahn ein Signal an eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs oder des Fahrerassistenzsystems auszugeben. Die weitere Komponente kann insbesondere ein ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) oder ABS (Antiblockiersystem) sein. Wenn mittels der Sensorvorrichtung erkannt wird, dass die Fahrbahn nass ist, kann an die weitere Fahrzeugkomponente (z.B. ESP oder ABS) ein entsprechendes Signal übermittelt oder ausgegeben werden. Beispielsweise kann das System basierend auf dem erfassten (Nässe)Zustand der Fahrbahn einen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn schätzen. Die weitere Fahrzeugkomponente kann basierend auf dem übermittelten Fahrbahnzustand ihre Funktion anpassen. Beispielsweise kann, basierend auf dem übermittelten Fahrbahnzustand oder Reibwert, das ESP die Stabilität verbessen oder das ABS den Bremsweg verkürzen.
Alternativ oder ergänzend kann das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt sein, in Abhängigkeit von dem mit der Sensorvorrichtung erfassten Zustand der Fahrbahn ein Warnsignal oder einen Warnhinweis an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben. Wenn mittels der Sensorvorrichtung erkannt wird, dass die Fahrbahn nass ist, kann an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden. Insbesondere kann an den Fahrer ein Warnhinweis ausgegeben werden, wenn mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass Aquaplaning droht. Der Warnhinweis kann Informationen enthalten, dass der Fahrer die Geschwindigkeit reduzieren soll.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem mit der Sensorvorrichtung erfassten Zustand der Fahrbahn anzupassen. Wenn beispielsweise mittels der Sensorvorrichtung erkannt wird, dass die Wassermenge, die sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mithilfe des Fahrerassistenzsystems reduziert werden. Hierzu kann das Fahrerassistenzsystem einen Eingriff in ein Bremssystem des Kraftfahrzeugs durchführen.
Durch die Reduzierung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann die Gefahr von Aquaplaning reduziert werden.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung, das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches eine Anordnung mit einer Sensorvorrichtung aufweist;
2 das Kraftfahrzeug gemäß 1, wobei eine Sensorvorrichtung der Anordnung hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet ist;
3 die Anordnung mit der Sensorvorrichtung und der Radlaufverkleidung in einer geschnittenen Seitenansicht; und
4 ein Dämpfungselement der Sensorvorrichtung einer geschnittenen Darstellung.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2 welches zur Unterstützung des Fahrers dem Führen des Kraftfahrzeugs 1 dient.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst vorliegend zwei Anordnungen 3, welche jeweils eine Sensorvorrichtung 4 sowie eine Radlaufverkleidung 5 aufweisen. Die jeweiligen Anordnungen 3 sind jeweils in einem Bereich der Vorderräder 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Anordnungen 3 umfassen ein gemeinsames elektronisches Steuergerät 7. Die jeweiligen Sensorvorrichtungen 4 können zur Datenübertragung mit dem Steuergerät 7 verbunden sein. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
2 zeigt einen Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich das Kraftfahrzeug 1 auf einer Oberfläche 9 einer Fahrbahn 10 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Die Fahrbahn 10 ist vorliegend nass. Es befindet sich also Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10. Das Kraftfahrzeug 1 wird vorliegend auf der Fahrbahn 10 in Vorwärtsfahrtrichtung 11 bewegt. Dadurch wird das Rad 6 des Kraftfahrzeugs 1 auf der Fahrbahn 10 abgerollt. Da sich das Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10 befindet, wird das Wasser 12 durch die Rotation des Rades 6 aufgeschleudert und trifft auf die Radlaufverkleidung 5. Infolge des Auftreffens des Wassers 12 beziehungsweise der Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung 5 breitet sich Körperschall in der Radlaufverkleidung 5 aus. Dieser Körperschall kann mithilfe der Sensorvorrichtung 4 erfasst werden.
3 zeigt eine Anordnung 3 mit einer Sensorvorrichtung 4 und einem Verkleidungsteil 8 beziehungsweise einer Radlaufverkleidung 5 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Sensorvorrichtung 4 umfasst wiederum einen Sensor 13, von welchem vorliegend eine Membran 14 und ein Wandlerelement 18 schematisch dargestellt sind. Der Sensor 13 ist vorliegend als Ultraschallsensor ausgebildet. Die Membran 14 ist topfförmig ausgebildet und weist einen Membranboden 15 und eine Mantelfläche 16 auf. Die Membran 14 kann aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Die Membran 14 kann eine Resonanzfrequenz im Bereich von 50 kHz aufweisen. In einem Innenraum 17 der Membran 14 ist das Wandlerelement 18 angeordnet. Dieses Wandlerelement 18 kann durch ein piezoelektrisches Element gebildet sein. Dabei ist das Wandlerelement 18 mit einer Rückseite 19 des Membranbodens 15 verbunden. Beispielsweise kann das Wandlerelement 18 stoffschlüssig mit der Rückseite 19 des Membranbodens 15 verbunden sein. Mit dem Wandelelement 18 kann eine Schwingung der Membran 14 und insbesondere des Membranbodens 15 erfasst werden und als Sensorsignal, insbesondere in Form einer elektrischen Spannung, ausgegeben werden.
Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung 4 ein Dämpfungselement 20. Das Dämpfungselement 20 ist auf einer Vorderseite 21 der Membran 14 beziehungsweise des Membranbodens 15 angeordnet. Vorliegend ist das Dämpfungselement 20 zwischen der Membran 14 und der Radlaufverkleidung 5 angeordnet. Die Radlaufverkleidung 5 stellt das Verkleidungsteil 8 des Kraftfahrzeugs 1 dar, deren Körperschall gemessen werden soll.
Bei dem Sensor 13 handelt es sich um einen Sensor, welcher üblicherweise zum Empfangen eines Schallsignals, das über Luft übertragen wird, dient. Insbesondere kann mit dem Sensor 13 ein Ultraschallsignal empfangen werden. Ein solcher Ultraschallsensor kann beispielsweise in einem Parkhilfesystem eingesetzt werden. Vorliegend soll der Ultraschallsensor dazu verwendet werden, Körperschall zu messen. Hierbei kann das Problem auftreten, dass der Sensor 13 durch die hohen Signalamplituden in eine Signalsättigung gelangt. Das Problem der Signalsättigung lässt sich dadurch beheben, dass der Körperschall durch das Dämpfungselement 20 gedämpft wird, also in seiner Amplitude reduziert wird. Das Dämpfungselement 20 kann den Körperschall, der von dem Verkleidungsteil 8 beziehungsweise dem Radlaufkasten 5 zu der Membran 14 gelangt, dämpfen und/oder reflektieren. Das Dämpfungselement 20 kann aus einem weichelastischen Material, beispielsweise einem Silikon, oder einem weichelastischen und porösen Material, beispielsweise einem Silikonschaum, gebildet sein.
Vorliegend weist das Dämpfungselement 20 eine Durchgangsöffnung 22 auf. Durch die Durchgangsöffnung 22 in dem Dämpfungselement 20 wird ein Luftspalt beziehungsweise ein luftgefüllter Raum erzeugt, durch den der Körperschall gedämpft werden kann. Dadurch kann insbesondere ein mittlerer Bereich 23 der Membran 14 beziehungsweise des Membranbodens 15, der für Schwingungen empfindlich ist, von dem Körperschall entkoppelt werden.
4 zeigt das Dämpfungselement 20 in einer Draufsicht. Hierbei ist zu erkennen, dass das Dämpfungselement 20 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist. Das Empfangselement 20 weist einen Innendurchmesser R1 und einen Außendurchmesser R2 auf. Der Außendurchmesser R2 entspricht dem Außendurchmesser der Membran 14. Eine Feinabstimmung der Kopplung zwischen dem Verkleidungsteil 8 beziehungsweise der Radlaufverkleidung 5 und der Membran 14 kann durch die Auswahl des Innendurchmessers R1 ermöglicht werden. Je größer der Innendurchmesser R1 gewählt wird, desto geringer ist die resultierende Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 13 auf Körperschall.
Durch die Verwendung des Dämpfungselements 20 kann der Körperschall, der sich infolge des auf den Radlaufverkleidung 5 auftreffenden Wassers 12 ausgebildet, gedämpft werden. Damit kann der Ultraschallsensor, der dafür ausgelegt ist, Ultraschallsignale, die über Luft übertragen werden, zu detektieren, dazu verwendet werden, den Körperschall der Radlaufverkleidung 5 zu messen. Wenn mit der Sensorvorrichtung 4 der Körperschall erfasst wird, kann erkannt werden, dass die Fahrbahn 10 nass ist beziehungsweise dass sich Wasser 12 auf der Fahrbahn 10 befindet. In diesem Fall kann mit dem Fahrerassistenzsystem 2 eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden, welche ihn darauf hinweist, dass Aquaplaning droht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011105071 A1 [0003]
DE 102015106408 A1 [0004]

Claims

Sensorvorrichtung (4) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Sensor (13), welcher eine Membran (14) und ein Wandlerelement (18) aufweist, wobei das Wandlerelement (18) dazu ausgelegt ist, eine Schwingung der Membran (14) infolge eines mit dem Sensor (13) empfangenen und über Luft übertragenen Schallsignals zu erfassen, und wobei die Sensorvorrichtung (4) verdeckt hinter einem Verkleidungsteil (8) des Kraftfahrzeugs (1) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ein Dämpfungselement (20) aufweist, welches an der Membran (14) angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement (20) dazu ausgelegt ist, bei der Anordnung des Dämpfungselements (20) zwischen dem Verkleidungsteil (8) und der Membran (14) einen von dem Verkleidungsteil (8) zu der Membran (14) übertragenen Körperschall zu dämpfen.
Sensorvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (18) dazu ausgelegt ist, bei der Anordnung der Sensorvorrichtung (4) an dem Verkleidungsteil (8) die Schwingung der Membran (14) infolge des von dem Verkleidungsteil (8) an die Membran (14) übertragenen und durch das Dämpfungselement (20) gedämpften Körperschall zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (20) aus einem weichelastischen und/oder porösem Material, insbesondere einem Silikon und/oder einem Silikonschaum, gebildet ist.
Sensorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (20) eine Durchgangsöffnung (22) aufweist, wobei die Durchgangsöffnung (22) an einem mittleren Bereich (23) der Membran (14) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (22) in einem dem Wandlerelement (18) zugeordneten Bereich auf einer dem Wandlerelement (18) gegenüberliegenden Seite (21) der Membran (14) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) als Ultraschallsensor ausgebildet ist und das Wandlerelement (18) dazu ausgelegt ist, die Schwingung der Membran (14) infolge eines mit dem Sensor (13) empfangenen und über Luft übertragenen Ultraschallsignals zu erfassen.
Anordnung (3) mit einer Sensorvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Verkleidungsteil (8) des Kraftfahrzeugs (1), hinter welchem die Sensorvorrichtung (4) verdeckt angeordnet ist.
Anordnung (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsteil (8) des Kraftfahrzeugs (1) eine Radlaufverkleidung (5) ist.
Anordnung (3) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) dazu ausgelegt ist, ein Auftreffen von Wasser (12) auf das Verkleidungsteil (8) des Kraftfahrzeugs (1) anhand der Schwingung der Membran (14) zu erkennen.
Anordnung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) dazu ausgelegt ist, einen Zustand einer Fahrbahn (10) anhand der Schwingung der Membran (14) zu erkennen.
Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (2) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem mit der Sensorvorrichtung (4) erfassten Zustand der Fahrbahn (10) ein Signal an eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs (1) und/oder ein Warnsignal an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (1) auszugeben.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 11 oder 12.