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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einer topfförmig ausgebildeten Membran, welche einen Membranboden und eine Membranwand aufweist, wobei der Membranboden aus einem ersten Material und die Membranwand aus einem von dem ersten Material verschiedenen, zweiten Material gefertigt ist, und wobei der Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals über den Membranboden ausgebildet ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensoren werden insbesondere zur Erfassung von Objekten sowie zur Distanzmessung verwendet. Die Ultraschallsensoren werden in Fahrerassistenzsystem, beispielsweise in Parkhilfesystemen, eingesetzt. Die Ultraschallsensoren umfassen eine Membran, welche beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann. Eine solche topfförmige Membran umfasst einen Membranboden sowie eine Membranwand. Dabei ist an dem Membranboden ein Wandlerelement, beispielsweise in Form eines piezoelektrischen Elements, angeordnet. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird das Wandlerelement zu Schwingungen angeregt, wobei diese Schwingungen auf den Membranboden übertragen werden. Wenn das ausgesendete Ultraschallsignal im Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs, beispielsweise an einem Objekt, reflektiert wird, gelangt dieses wieder zu der Membran des Ultraschallsensors zurück. Durch das reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise das Echo des Ultraschallsignals wird der Membranboden zu Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen des Membranbodens können dann mithilfe des Wandlerelements erfasst werden und als Sensorsignal ausgegeben werden.
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Die Ultraschallsensoren umfassen zudem ein Gehäuse, in welchem beispielsweise die Elektronik des Ultraschallsensors angeordnet sein kann. Dieses Gehäuse ist mit der Membran des Ultraschallsensors verbunden. Um das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Staub in das Gehäuse zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, entsprechende Dichtungen beziehungsweise Dichtungsringe zu verwenden. Ferner ist es beispielsweise bei Membranen, die aus einem Metall gefertigt sind, erforderlich, entsprechende Entkopplungsringe zwischen der Membran und dem Gehäuse vorzusehen. Auf diese Weise kann die Übertragung des Ultraschallsignals von der Membran auf das Gehäuse verringern. Als nachteilig bei derartig ausgestalteten Ultraschallsensoren ist der Aspekt anzusehen, dass die Herstellung durch die verwendeten Dichtungen und/oder Entkopplungsringe aufwendig und teuer ist.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2015 110 939 A1 einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einer tropfförmigen Membran aufweisend einen Membranboden und eine Membranwand. Dabei ist die Membranwand separat zu dem Membranboden ausgebildet. Die Membranwand kann beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Keramik gefertigt sein und beispielsweise durch Verkleben mit dem Membranboden stoffschlüssig zu der topfförmigen Membran verbunden werden.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2010 044 995 A1 einen Ultraschallwandler für eine Fahrerassistenzeinrichtung eines Fahrzeugs. Dabei weist die Membran des Ultraschallwandlers einen Boden aus einem ersten Material und einen mit dem Boden verbundenen Hohlkörper aus einem zum ersten unterschiedlichen zweiten Material auf. Beispielsweise kann der Boden aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium, ausgebildet sein. Der Hohlkörper ist insbesondere aus einem Keramikmaterial ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung der Membran aus unterschiedlichen Materialien ermöglicht eine verbesserte Entkopplung des Ultraschallwandlers.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, mit dem ein zuverlässiger Betrieb ermöglicht wird, möglichst kostengünstig und robust ausgestaltet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ultraschallsensor, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug eine topfförmig ausgebildete Membran. Die Membran weist insbesondere einen Membranboden und eine Membranwand auf. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Membranboden aus einem ersten Material und die Membranwand aus einem von dem ersten Material unterschiedlichen, zweiten Material gefertigt sind. Des Weiteren ist der Ultraschallsensor bevorzugt zum Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals über den Membranboden ausgebildet. Außerdem ist es bevorzugt vorgesehen, dass das erste Material ein Metall und/oder eine Keramik ist. Des Weiteren ist es insbesondere vorgesehen, dass das zweite Material ein elastischer Kunststoff ist.
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Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug umfasst eine topfförmig ausgebildete Membran, welche einen Membranboden und eine Membranwand aufweist, wobei der Membranboden aus einem ersten Material und die Membranwand aus einem von dem ersten Material verschiedenen, zweiten Material gefertigt ist. Des Weiteren ist der Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals über den Membranboden ausgebildet. Dabei ist es vorgesehen, dass das erste Material ein Metall und/oder eine Keramik ist und dass das zweite Material ein elastischer Kunststoff ist.
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Der Ultraschallsensor ist für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Ein solcher Ultraschallsensor kann beispielsweise an einem Stoßfänger oder an einer Tür des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Mithilfe des Ultraschallsensors können Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet werden und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
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Der Ultraschallsensor umfasst die Membran, welche topfförmig ausgebildet ist. Diese topfförmige Membran setzt sich aus dem Membranboden und der Membranwand zusammen. Der Membranboden ist also separat zu der Membranwand ausgebildet. Der Membranboden kann einen plattenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher rund ausgebildet ist. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Membranboden eine hohlzylinderförmigen Abschnitt aufweiset, welcher sich an den plattenförmigen Abschnitt anschließt. Die Membranwand kann im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Der Membranboden und die Membranwand ergeben zusammen die topfförmige Membran. Die Membranwand kann ferner einen Kragen aufweisen, welcher auf einer dem Membranboden abgewandten Seite der Membranwand angeordnet ist. Dieser Kragen dient der Befestigung der Membran an einem Gehäuse des Ultraschallsensors. An einer Innenseite des Membranbodens kann ein Wandlerelement beziehungsweise Schallwandlerelement angeordnet sein und mit dem Membranboden zur Schwingungsübertragung verbunden sein. Bei dem Wandlerelement kann es sich bevorzugt um ein piezoelektrisches Element handeln. Zum Aussenden des Ultraschallsignals kann an dem Wandlerelement ein zeitlich veränderliches Anregungssignal, beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung, angelegt werden. Hierdurch werden das Wandlerelement und auch der Membranboden zum Schwingen angeregt, wodurch das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Das in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs beziehungsweise an einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal gelangt dann wieder zum Ultraschallsensor zurück und trifft auf den Membranboden. Dadurch wird der Membranboden zum Schwingen angeregt. Diese Schwingung des Membranbodens kann dann wiederum mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form eines Sensorsignals ausgegeben werden. Die Membran des Ultraschallsensors kann an einem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein. In diesem Gehäuse kann die Elektronik des Ultraschallsensors angeordnet sein.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Membranboden aus einem ersten Material und die Membranwand aus einem von dem ersten Material verschiedenen, zweiten Material gebildet sind. Dabei handelt es sich bei dem ersten Material um ein Metall und/oder um eine Keramik. Bei dem zweiten Material handelt es sich um einen elastischen Kunststoff. Da der Membranboden aus einem Material mit einer hohen Steifigkeit, beispielsweise einem Metall und/oder einer Keramik, gebildet ist, kann dieser auf ideale Weise dazu verwendet werden, das Ultraschallsignal auszusenden. Das erste Material weist gute mechanische Schwingungseigenschaften und eine definierte Resonanzfrequenz auf. Das zweite Material der Membranwand ist elastisch ausgebildet und dient somit dazu, Schwingungen zu dämpfen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sowohl beim Aussenden des Ultraschallsignals als auch beim Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals Schwingungen von dem Membranboden über die Membranwand an das Gehäuse des Ultraschallsensors übertragen werden. Ferner kann verhindert werden, dass Schwingungen an die Elektronik des Ultraschallsensors übertragen werden. Auf diese Weise können Fehlmessungen verhindert werden. Die Ausgestaltung der Membranwand aus dem zweiten elastischen Material bringt zusätzlich den Vorteil mit sich, dass dieses als Dichtung dienen kann. Damit kann auf einfache Weise verhindert werden, dass Feuchtigkeit und/oder Staub in das Gehäuse des Ultraschallsensors gelangt. Durch die Ausgestaltung der Membran wird eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, den Ultraschallsensor sicher und zuverlässig zu betreiben.
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Bevorzugt ist das zweite Material ein Elastomer, ein Gummi und/oder ein Silikonkautschuk. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem zweiten Material um einen elastischen Werkstoff. Grundsätzlich kann es sich bei dem zweiten Material um ein Elastomer handeln. Das zweite Material kann ein Naturkautschuk oder ein Silikonkautschuk sein. Derartige Materialien sind mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften erhältlich. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das zweite Material so gewählt wird, dass es die Frequenzen, die im Betrieb des Ultraschallsensors auftreten, möglichst effizient dämpft. Beim Aussenden und/oder Empfangen des Ultraschallsignals schwingt der Membranboden des Ultraschallsensors üblicherweise mit einer Frequenz im Bereich von 50 kHz. Die Membranwand ist bezüglich der Wahl des zweiten Materials in der geometrischen Formgebung bevorzugt so ausgestaltet, dass es die Schwingungen in diesem Frequenzbereich dämpft.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Membranboden und die Membranwand stoffschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Membranboden und der Membranwand bereitgestellt werden. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Membranboden und die Membranwand mittels eines Klebstoffs miteinander verbunden sind. Hierzu kann insbesondere ein flüssiger Klebstoff verwendet werden, welcher auf die Verbindungsflächen des Membranbodens und/oder der Membranwand aufgebracht wird und nach dem Verbinden der Membranboden mit der Membranwand entsprechend ausgehärtet wird. Dieser Klebstoff kann beispielsweise thermisch, mittels UV-Licht oder dergleichen ausgehärtet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein entsprechender Haftvermittler beziehungsweise Aktivator zunächst auf die Verbindungsflächen des Membranbodens und/oder der Membranwand aufgebracht wird. Bei dem Klebstoff kann es sich auch um einen Zwei-Komponenten-Klebstoff handeln. Dies ermöglicht eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Membranboden und der Membranwand.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Membranboden und die Membranwand durch Vulkanisation des zweiten Materials miteinander verbunden. Mit anderen Worten kann das zweite Material der Membranwand an das erste Material beziehungsweise den Membranboden anvulkanisiert werden. Das zweite Material kann durch Vulkanisation hergestellt werden. Hierbei geht das plastische Material in einen gummielastischen Zustand über. Bei der Vulkanisation des zweiten Materials kann dieses mit dem ersten Material beziehungsweise mit dem Membranboden verbunden werden. Somit kann eine mechanisch beständige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material ermöglicht werden, welche temperatur- und formstabil ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das zweite Material mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Es kann also vorgesehen sein, dass die Membranwand an den Membranboden angespritzt wird. Ferner kann es vorgesehen sein, dass zunächst der Membranboden hergestellt wird und dieser anschließend in eine entsprechende Form eingebracht wird. In dieser Form kann dann das zweite Material im flüssigen Zustand eingebracht werden und anschließend ausgehärtet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Membranboden eine Erhebung und die Membranwand eine zu der Erhebung korrespondierende Ausnehmung aufweist und/oder wenn der Membranboden eine Ausnehmung und die Membranwand eine zu der Ausnehmung korrespondierende Erhebung aufweist. Es kann also zudem vorgesehen sein, dass bezüglich zumindest einer Raumrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Membranboden und der Membranwand bereitgestellt wird. Hierzu kann der Membranboden beispielsweise zumindest eine umlaufende Erhebung und die Membranwand eine hierzu korrespondierende Ausnehmung aufweisen. Alternativ dazu kann der Membranboden die Ausnehmung aufweisen und die Membranwand die hierzu korrespondierende Erhebung. Es kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass mehrere Erhebungen und korrespondierende Ausnehmungen vorgesehen sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Membranwand eine entsprechende Ausnehmung oder einen Aufnahmebereich aufweist, in welcher beziehungsweise in welchem der Membranboden zumindest bereichsweise eingebracht wird. Auf diese Weise können der Membranboden und die Membranwand bei der Montage zuverlässig zueinander positioniert werden. Dabei ist es zusätzlich bevorzugt vorgesehen, dass der Membranboden und die Membranwand stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Ultraschallsensor ein Gehäuse auf und die Membranwand weist einen Kontaktbereich auf, an welchem die Membranwand mit dem Gehäuse flüssigkeitsdicht und/oder staubdicht verbunden ist. Das Gehäuse des Ultraschallsensors kann beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein. Das Gehäuse kann eine entsprechende Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche die Membran zumindest bereichsweise geschoben wird. Dabei wird die Membran derart an dem Gehäuse angeordnet, dass sich der Membranboden außerhalb des Gehäuses befindet. Die Membranwand kann sich zumindest bereichsweise in einem Innenraum des Gehäuses befindet. Der Kontaktbereich, an welchem die Membranwand das Gehäuse mit der Membranwand in Kontakt ist, kann in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein. Dadurch, dass die Membranwand aus dem elastischen Kunststoff gebildet ist, kann auf eine Dichtung oder einen Dichtungsring zwischen der Membran und dem Gehäuse verzichtet werden. Ferner kann beispielsweise auf einen Entkopplungsring, welcher zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Gehäuse und der Membran dient, verzichtet werden, da das zweite Material der Membranwand elastisch ausgebildet ist. Der Ultraschallsensor weist also bevorzugt keinen Dichtungsring und/oder Entkopplungsring auf.
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Bevorzugt weist die Membranwand in dem Kontaktbereich eine Mehrzahl von umlaufenden Nuten auf. Die Membranwand kann im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet sein. An einer Außenseite der Membranwand, welche dem Kontaktbereich zugeordnet ist, kann eine Mehrzahl von umlaufenden Nuten beziehungsweise umlaufenden Rillen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine Dichtung nach Art einer Lamellendichtung zwischen der Membran und dem Gehäuse des Ultraschallsensors bereitgestellt werden. Somit kann auf zuverlässige Weise verhindert werden, dass Flüssigkeit und/oder Staub in den Innenraum des Gehäuses gelangt. Zudem wird durch die umlaufenden Nuten in dem Kontaktbereich die Kontaktfläche zwischen der Membran und dem Gehäuse des Ultraschallsensors verringert, wodurch die Schwingungsübertragung reduziert wird.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Ultraschallsensor ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse einteilig mit der Membranwand ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann das Gehäuse des Ultraschallsensors ebenfalls aus dem zweiten Material gebildet sein. Dabei sind das Gehäuse des Ultraschallsensors und die Membranwand bevorzugt einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet. Dadurch kann der Herstellungsaufwand der Fertigung des Ultraschallsensors deutlich reduziert werden. Zudem kann verhindert werden, dass Flüssigkeit und/oder Staub in den Innenraum des Gehäuses gelangt.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor und ein elektronisches Steuergerät. Bevorzugt umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren, welche jeweils mit dem Steuergerät zur Datenübertragung verbunden sind. Somit wird es ermöglicht, dass die jeweiligen Ultraschallsensoren mit dem Steuergerät angesteuert werden können. Zudem können Sensorsignale von den jeweiligen Ultraschallsensoren an das Steuergerät übertragen werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Mithilfe der Ultraschallsensorvorrichtung können Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Somit kann die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Mithilfe des Fahrerassistenzsystems kann beispielsweise eine entsprechende Ausgabe an den Fahrer ausgegeben werden, falls das Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug mithilfe des Fahrerassistenzsystems zumindest semi-autonom in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt manövriert wird.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird eine topfförmig ausgebildete Membran mit einem Membranboden und einer Membranwand bereitgestellt, wobei der Membranboden aus einem ersten Material und die Membranwand aus einem von dem ersten Material verschiedenen, zweiten Material gefertigt wird und wobei der Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals über den Membranboden ausgebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass das erste Material ein Metall und/oder eine Keramik ist und dass das zweite Material ein elastischer Kunststoff ist.
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Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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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 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 von diesen abweichen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug, welches eine Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
- 2 eine Membran eines Ultraschallsensors, welche einen Membranboden und eine Membran aufweist, in einer Perspektivansicht;
- 3 die Membran des Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer geschnittenen Seitenansicht;
- 4 einen Ultraschallsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei welchem die Membranwand einteilig mit einem Gehäuse des Ultraschallsensors ausgebildet ist, in einer geschnittenen Seitenansicht; und
- 5 einen Ultraschallsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, welcher eine Membran und ein Gehäuse aufweist, in einer geschnittenen Seitenansicht.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, welches als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3, welche zumindest einen Ultraschallsensor aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind.
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Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Sensorsignale bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Sensorsignals kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
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Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung mit einer Datenleitung verbunden ist. Vorliegend ist die Datenleitung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Über die Datenleitung können die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 bestimmten Sensorsignale an das Steuergerät 5 übertragen werden. Anhand der Sensorsignale kann dann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine entsprechende Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in Abhängigkeit von dem zumindest einen erfassten Objekt 8 das Kraftfahrzeug zumindest semi-autonom manövriert.
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2 zeigt eine Membran 10 eines Ultraschallsensors 4 in einer Perspektivansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass die Membran 10 im Wesentlichen topfförmig ausgebildet ist. Die Membran 10 umfasst einen Membranboden 11 sowie eine Membranwand 12. Der Membranboden 11 umfasst einen ersten Abschnitt 13, welche die Form einer kreisrunden Platte aufweist. Ein zweiter Abschnitt 14 des Membranbodens 11 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet. Wie nachfolgend näher erläutert, ist an einer Innenseite 15 des Membranbodens 11 ein Wandlerelement 16 angeordnet. Mit diesem Wandlerelement kann der Membranboden 11 zum Aussenden des Ultraschallsignals zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Beim Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals trifft dieses auf den Membranboden 11. Hierdurch wird der Membranboden 11 zum Schwingen angeregt. Diese Schwingungen können ebenfalls mit dem Wandlerelement 16 erfasst werden und in Form des Sensorsignals ausgegeben werden. Dabei ist der Membranboden 11 aus einem ersten Material gefertigt. Bei dem ersten Material handelt es sich um ein Metall, beispielsweise Aluminium, oder um eine Keramik. Die Membranwand 12 umfasst einen ersten Abschnitt 17, welcher im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Zudem umfasst die Membranwand 12 einen Kragen 18, welcher ringförmig ausgebildet ist. Die Membranwand 12 ist aus einem elastischen Kunststoff gebildet. Beispielsweise kann die Membranwand 12 aus einem Silikonkautschuk, einem Gummi, einem Naturkautschuk oder dergleichen gefertigt sein.
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3 zeigt die Membran 10 des Ultraschallsensors 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer geschnittenen Seitenansicht. Hierbei ist das Wandlerelement 16 zu erkennen, welches auf der Rückseite 15 des Membranbodens 11 angeordnet ist. Ferner ist zu erkennen, dass der Membranboden 11 und die Membranwand 12 in einem Verbindungsbereich 19 miteinander verbunden sind. In dem Verbindungsbereich 19 weist die Membranwand 12 eine in Umfangsrichtung umlaufende Erhebung 20 auf. Der Membranboden 11 weist eine hierzu korrespondierende umlaufend ausgebildete Ausnehmung 21 auf. Somit kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Membranboden 11 und der Membranwand 12 bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Membranboden 11 und die Membranwand 12 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hierzu kann ein entsprechender Klebstoff verwendet werden. Alternativ dazu kann das zweite Material, aus welchem die Membranwand 12 gefertigt ist, an den Membranboden 11 anvulkanisiert sein.
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4 zeigt einen Ultraschallsensor 4 mit einer Membran 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Zudem umfasst der Ultraschallsensor 4 ein Gehäuse 22, welches beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein kann. In einem Innenraum 23 des Gehäuses 22 ist eine Sensorelektronik 24 des Ultraschallsensors 4 angeordnet. Diese Sensorelektronik 24 ist mit dem Wandlerelement 16 elektrisch verbunden. Das Gehäuse weist eine Durchgangsöffnung 25 auf, durch welche die Membran 10 zumindest bereichsweise geschoben ist. Dabei befindet sich ein Teil des Membranbodens 12 in dem Innenraum 23 des Gehäuses 22. Der Membranboden 12 weist einen Kontaktbereich 26 auf, an welchem er das Gehäuse 22 berührt. In diesem Kontaktbereich 26 weist die Membranwand 12 eine Mehrzahl von umlaufend ausgebildeten Nuten 27 auf. In dem vorliegenden Beispiel weist die Membranwand 12 drei umlaufend ausgebildete Nuten 27 auf. Die Anzahl der Nuten 17 und deren Formgebung ist beispielhaft zu verstehen. Durch diese Nuten 27 beziehungsweise Rillen kann eine Dichtung zwischen der Membran 10 und dem Gehäuse 22 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann auf ein zusätzliches Dichtungselement beziehungsweise einen Dichtungsring verzichtet werden. Dadurch, dass die Membranwand 12 aus dem elastischen, zweiten Material gefertigt ist, kann eine Schwingungsübertragung von dem Membranboden 11 an das Gehäuse und/oder die Sensorelektronik 24 verhindert werden. Somit kann beispielsweise auf einen Entkopplungsring zwischen dem Gehäuse 22 und der Membran 10 verzichtet werden.
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5 zeigt einen Ultraschallsensor 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform einer geschnittenen Seitenansicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Membranwand 12 eine Ausnehmung 28 beziehungsweise einen Aufnahmebereich auf, welcher den Membranboden 11 aufnimmt. Auch in diesem Fall ist bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Membranboden 11 und der Membranwand 12 vorgesehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 22 des Ultraschallsensors 4 ebenfalls aus dem zweiten Material gebildet. Darüber hinaus sind die Membranwand 12 und das Gehäuse 22 einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet. Somit kann einerseits auf zuverlässige Weise verhindert werden, dass Flüssigkeit und/oder Staub in den Innenraum 23 des Gehäuses 22 gelangt. Zudem kann die Schwingungsübertragung auf die Sensorelektronik 24 verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110939 A1 [0004]
- DE 102010044995 A1 [0005]
