DE4435156C2

DE4435156C2 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE4435156C2
Application number: DE4435156A
Authority: DE
Original assignee: MICROSONIC GES fur MIKROELEKT
Current assignee: MICROSONIC GES fur MIKROELEKT
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2014-10-01
Also published as: US5869764A; DE4435156A1; AU3561195A; WO1996010817A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zur Abtastung eines Raumbereichs und/ oder zur berührungslosen Abstandsmessung mit mindestens einem Ultraschallwandler zum Senden von Ultraschallimpulsen und/oder Empfangen des Echos der Ultraschallimpulse und einer Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse auf den abzu tastenden Raumbereich bzw. der Energie des Echos der Ultraschallimpulse auf den bzw. die Ultraschallwandler, wobei die Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschall impulse einen Reflektor mit reflektierender Oberfläche aufweist, die aus paraboloiden Flä chen zweiter Ordnung ausgebildet ist.

Um einen Raumbereich abzutasten bzw. den Abstand zwischen zwei Punkten zu mes sen, wird herkömmlicherweise ein Ultraschallsensor an einen geeigneten Punkt angebracht und auf den betreffenden Raumbereich, welcher abzutasten ist bzw. in welchem sich ein zu erfassender Körper befindet, dessen Abstand von einem Bezugspunkt zu bestimmen ist, gerichtet. Der Ultraschallsensor weist einen Ultraschallwandler auf, welcher Ultraschall impulse sendet und gegebenenfalls das Echo der von dem Körper reflektierten Ultraschall impulse empfängt. Im Falle des Empfangs eines Echos kann mittels einer Auswerteschaltung der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem in dem abgetasteten Raumbereich befindlichen Körper ermittelt werden (Echolaufzeitmessung). Anstelle eines Ultraschall wandlers können ebenso mehrere Ultraschallwandler verwendet werden, wobei die Funktion der jeweiligen Ultraschallwandler auf das Senden der Ultraschallimpulse bzw. auf das Emp fangen des Echos der Ultraschallimpulse beschränkt sein kann.

Herkömmliche Ultraschallsensoren weisen für bestimmte Anwendungen den Nachteil auf, dass ihr Schallfeld rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Derartige Ultraschallsensoren werden z. B. in oder an die hintere Stoßstange von einem Personenkraftwagen montiert, um dem Fahrer beim Rückwärtsfahren mögliche Hindernisse hinter dem Fahrzeug anzuzeigen.

Hierzu werden die Ultraschallsensoren in der Regel von einem zentralen Steuergerät ange steuert, welches die Sensoren ansteuert und die Echosignale auswertet. Je nach gemessener Entfernung wird dem Fahrer ein optisches und/oder akustisches Signal gegeben. Die Ultra schallsensoren sollen den Bereich hinter dem Fahrzeug über die gesamte Fahrzeugbreite lückenlos bis zu einer Entfernung von z. B. 180 cm abtasten. Da natürlich eine niedrige Bordsteinkante oder eine rauhe Straßendecke keine Signale liefern dürfen, sind wegen des rotationssymmetrischen Schallfeldes herkömmlicher Ultraschallsensoren eine Vielzahl von Ultraschallsensoren erforderlich.

So erkennt der in DE 42 18 041 A1 offenbarte Ultraschallsensor mit Funktionsüber wachung lediglich von diesem entferntere Objekte, hingegen werden die nah gelegenen nicht von dessen Abtastbereich erfasst. Der herkömmliche Ultraschallsensor weist einen Ultra schall-Arbeitswandler auf, welcher unter einem definierten Winkel auf eine Schall- Umlenkfläche definierter Form und Größe strahlt, wodurch der Schall umgelenkt wird. Die aktive Wandleroberfläche bildet mit der Schallumlenkfläche einen nahezu planen Übergang. Die Schall-Umlenkfläche ist parabelförmig ausgearbeitet und der Arbeitswandler ist im Brennpunkt der Parabel angeordnet. Der Ultraschall-Arbeitswandler sendet einen Schall- Arbeitsimpulses und kann Echos empfangen. Der Ultraschall-Arbeitswandler ist von einer Schall-Umlenkfläche umgeben, auf welche die Ultraschallimpulse des Ultraschall- Arbeitswandlers gestrahlt werden.

Der herkömmliche Ultraschallsensor kann ebenso wenig einen beliebig einstellbaren breiten Abtastbereich bereit stellen, so dass im Seitenbereich angeordnete Objekte nicht erkennbar sind. Hinzutretend können Reflexionen von in dem unteren Abschnitt des Abtast bereichs angeordneten unwesentlichen Objekten oder Weghindernissen, z. B. von Bodenu nebenheiten, von Bordsteinkanten oder von auf dem Boden sich befindlichen Steinen oder dergleichen, nicht vermieden werden, so dass diese Reflexionen z. B. bei Verwendung des herkömmlichen Ultraschallsensors bei Kraftfahrzeugen als Rammwarner wesentliche Objekte anzeigen, deren Erfassung aufgrund ihrer geringen Höhenmaße gleichwohl nicht er wünscht ist; sonach sind die Überwachungen der Bewegungen der Kraftfahrzeuge mit Rammwarnern merklich eingeschränkt. Hinzukommend können solche Fahrzeuge, die ohne Benutzeraufsicht verkehren sollen, sich aufgrund der Reflexionen bzw. Meldungen über unwesentliche Weghindernisse nicht selbständig bewegen und bedürfen stets der Kontrolle von außen.

Ebenfalls betreffen die in DE-PS 182 550 beschriebenen Dampfpfeifen oder Toner zeugungsvorrichtungen mit oberhalb und unterhalb einer Tonquelle angeordneten Schall schirmen, von vorzugsweise parabolischer Gestalt, die Schallstrahlen dergestalt reflektieren, dass diese nach allen Richtungen fortgeleitet werden. Die Tonerzeugungsvorrichtungen sind zum Senden von Ultraschallwellen aufgrund der Ablenkung des Schalls in alle Richtungen, statt der bestimmbaren Ausrichtung des Schalls in eine einzige Richtung als Ultraschallsen soren ungeeignet.

Auch der in GB 2 167 557 A offenbarte Ultraschallsensor einer Apparatur zur Entfer nungsmessung weist einen Wandler auf, welcher auf eine parabelförmige Umlenkfläche der art strahlt, dass der Abstrahlwinkel sich verringert. Der herkömmliche Wandler bündelt den Schall rotationssymmetrisch. Der herkömmliche Ultraschallsensor stellt keinen beliebig einstellbaren breiten, scharf abgegrenzten Abtastbereich dar, so dass zum Beispiel die in dem unteren Abschnitt des Abtastbereichs angeordneten unwesentlichen Weghindernisse Ultraschallwellen unerwünschterweise reflektieren und erfasst werden.

Die Aufgabe der Erfindung soll es sein, einen Ultraschallsensor bereit zu stellen, wel cher von ihm nah beabstandete, aber auch entferntere Objekte erkennen soll und der Ab tastbereich beliebig eingestellt werden soll, wobei sowohl eine hinreichende Breite des Ab tastbereichs in Draufsicht als auch ein ausreichender schmaler Erfassungsbereich in Seiten ansicht gewährleistet werden. Hinzutretend sollen bei der Verwendung des bereitzustellen den Ultraschallsensors in Fahrzeugen als Rammwarner Reflexionen von Unebenheiten des zu befahrenden Bodens und von niedrigen Bordsteinkanten vermieden, um Meldungen des Rammwarners über Gegenstände in Höhe des Rammschutzes des Fahrzeugs zu vermeiden. Andererseits sollen bei Fahrzeugen, die ohne Benutzeraufsicht verkehren, das Bewegen derselben auf unebenen Böden ermöglicht werden, ohne dass das Vorhandensein von Ge genständen in Höhe des Rammschutzes des Fahrzeuges übersehen wird.

Dabei sollen die Sende- und die Empfangscharakteristik des bereitzustellenden Ultra schallsensors scharfe Konturen aufweisen. Ebenso ist es erwünscht, dass das von dem Ult raschallsensor im Falle der Raumüberwachung bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei der Außenraumüberwachung, emittierte Schallfeld derart ausgebildet ist, dass der Erfassungsbe reich auf seiner der Bodenfläche zugekehrten Seite im wesentlichen parallel verläuft und genügend Bodenfreiheit ermöglicht. Gleichfalls sollte der Ultraschallwandler klein in seinen Abmessungen sein, um einen Einbau in verschiedensten Örtlichkeiten zu ermöglichen, ohne dass wie herkömmlicherweise nennenswerte Umgestaltungen oder Anpassungen der Ört lichkeiten an den Ultraschallsensor erfolgen müssen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs sowie der nebengeordne ten Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungs gegenstands.

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zur Abtastung eines Raumbereichs und/ oder zur berührungslosen Abstandsmessung mit mindestens einem Ultraschallwandler zum Senden von Ultraschallimpulsen und/oder Empfangen des Echos der Ultraschallimpulse und einer Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse auf den abzu tastenden Raumbereich bzw. der Energie des Echos der Ultraschallimpulse auf den bzw. die Ultraschallwandler, wobei

a) die Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse einen Re flektor mit reflektierender Oberfläche aufweist, die aus paraboloiden Flächen zweiter Ord nung ausgebildet ist, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass
b) der Reflektor Segmente aufweist,
c) der Reflektor zwei äußere Segmente aufweist, deren reflektierenden Oberflächen Ausschnitte von 50 bis 120° aus einem Rotationsparaboloid mit dem Brennpunkt sind, das durch die Drehung der Parabel mit einem Drehwinkel α um ihre Rotationsachse entsteht, wobei eine senkrecht die Rotationsachse im Brennpunkt schneidende Gerade die Parabel im projizierten Brennpunkt berührt, und
d) der Reflektor ein inneres Segment aufweist, dessen reflektierende Oberfläche als parabolische Fläche ausgebildet ist, die reflektierende Oberfläche der Teil der Fläche ist, die durch Drehung einer Parabel um die Achse gebildet ist, die der Geraden entspricht, welche im Brennpunkt der Parabel senkrecht auf der Symmetrieachse der Parabel steht und die Parabel im projizierten Brennpunkt schneidet,
e) die Drehung der Parabel um die Achse mit dem Drehwinkel ϕ erfolgt, welcher ei nem Betrag des Öffnungswinkels ϕ von 0 bis 180° entspricht,
f) die äußeren Segmente mit dem inneren Segment derart angeordnet sind, dass die Brennpunkte zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte zusammenfallen, wobei die reflektierenden Oberflächen der äußeren Segmente und des inneren Segments eine stetige Fläche bilden,
g) der Ultraschallwandler mit seiner aktiven Fläche derart angeordnet ist, dass der Mittelpunkt seiner aktiven Fläche mit dem Brennpunkt zusammenfällt, sowie die Haupt strahlrichtung des Ultraschallwandlers auf den projizierten Brennpunkt gerichtet ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Verwendung der oben genannten Ultraschallsensoren als Überwachungsvorrichtung in und/oder außer halb von Räumlichkeiten von Kraft- oder Nutzfahrzeugen, vorzugsweise Flurförderfahrzeu gen, als Trittbrettüberwachungsvorrichtung von Kraft- oder Nutzfahrzeugen, insbesondere Müllfahrzeugen, als Überwachungsvorrichtung an Türen und Toren, und als Überwa chungsvorrichtung an Gebäuden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auf die Verwendung von mindestens zwei Ultraschallsensoren zur Sensorüberwachung gerichtet, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens zwei Ultraschallsensoren mit einem oder mehreren Ult raschallwandlern in Kraft- oder Nutzfahrzeugen derart zueinander ausgerichtet werden, dass der Ultraschallimpuls des einen Ultraschallsensors ohne Reflexion im Direktstrahl von dem anderen Ultraschallsensor empfangen wird, ein Schallimpuls als Prüfimpuls durch einen Ult raschallwandler des einen Ultraschallsensors abgestrahlt wird und durch eine Auswerteein richtung geprüft wird, ob ein Ultraschallwandler des anderen Ultraschallsensors den Schall impuls nach der Schalllaufzeit empfangen hat und umgekehrt.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen aufgrund einer zeichnerischen Vereinfachung in schematischer, stark vergrößerter Weise ohne Anspruch auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe

Fig. 1 die perspektivische Darstellung des äußeren Segments des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors

Fig. 2 die schematische Draufsicht des inneren Segments des erfindungsgemäßen Ult raschallsensors

Fig. 3 die schematische Seitenansicht des inneren Segments des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors

Fig. 4 die perspektivische Darstellung des inneren Segments des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors

Fig. 5 die perspektivische Darstellung des Mittelstücks des erfindungsgemäßen Ultra schallsensors

Fig. 6 die Draufsicht des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit zwei äußeren Segmenten, einem inneren Segment und einem Ultraschallwandler

Fig. 7 die perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit zwei äußeren Segmenten, einem inneren Segment und einem Ultraschallwandler

Fig. 8 die Draufsicht des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit zwei äußeren Segmenten, zwei inneren Segmenten, einem Mittelstück und zwei Ultraschallwandlern

Fig. 9 die perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit zwei äußeren Segmenten, zwei inneren Segmenten, einem Mittelstück und zwei Ultra schallwandlern

Fig. 10 den horizontalen Erfassungsbereich des erfindungsgemäßen Ultraschallsen sors, ausgemessen mit einem ca. 150 cm langen Rohr mit einem Durchmesser von 7 cm

Fig. 11 den vertikalen Erfassungsbereich des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, ausgemessen mit einem ca. 150 cm langen Rohr mit einem Durchmesser von 7 cm

Fig. 12 die horizontalen Erfassungsbereiche von drei erfindungsgemäßen Ultraschall sensors, positioniert für die rückwärtige Absicherung für ein 250 cm breites Fahrzeug, aus gemessen mit einem ca. 150 cm langen Rohr mit einem Durchmesser von 7 cm sowie die Prüfpunkte nach DIN-Entwurf 75 031 vom Mai 1993
FB: Fahrzeugbreite 250 cm
BF: Bezugsebene Fahrzeugheck
US: erfindungsgemäßer Ultraschallsensor
EB: erlaubter Bereich, in dem der Prüfkörper noch detektiert werden darf (siehe Normentwurf DIN 75 031 vom Mai 1993)
• Rasterposition des senkrecht stehenden Prüfkörpers (ca. 150 cm langes Rohr mit einem Durchmesser von 7 cm) nach DIN-Entwurf 75 031 vom Mai 1993

Fig. 13 Draufsicht, Seitenansicht und Ansicht von hinten von einem Transporter, aus gestattet mit vier erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren für die Absicherung des rückwär tigen Fahrzeugbereichs in zwei Ebenen nach DIN-Entwurf 75 031 vom Mai 1993
A: Kollisionsbereich 700 mm
B: Hauptwarnbereich 1800 mm
C: Bezugsebene Fahrzeugheck

Fig. 14 Beispiele für die Anbringung der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren an einem Personenkraftwagen zur Absicherung nach vorn, zur Seite und/oder nach hinten

Fig. 15 Beispiele für die Anbringung der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren an einem Personenkraftwagen zur Absicherung nach vorn, zur Seite und/oder nach hinten.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor ermöglicht durch die Ausgestaltung und An ordnung von zwei äußeren Segmenten und einem zwischen den beiden äußeren Segmenten angeordneten inneren Segment als Reflektor und der Ausrichtbarkeit der äußeren Segmente, dass in der Draufsicht das horizontale Schallfeld als horizontaler Erfassungsbereich von symmetrischer Abtast-Charakteristik ist (siehe Fig. 13 Abbildung unten) und zusätzlich in Seitenansicht das erzeugte Schallfeld nicht mit der Ausgestaltung des horizontalen Schall feldes, sondern sich vielmehr durch eine schmale, scharf gebündelte Ausgestaltung aus zeichnet, wie auch in Fig. 11 gezeigt ist; das Schallfeld ist asymmetrisch. Durch die Anord nung der Ultraschallwandler mit deren aktiven Fläche und der Ausrichtung der Hauptstrahl richtung auf dem projizierten Brennpunkt wird eine starke Bündelung der Schallkeule er möglicht, die daher in Vertikalebene asymmetrisch ausgebildet ist, wie sie beispielsweise in Fig. 13 Abbildung links oben dargestellt ist. Ebenso kann der erfindungsgemäße Ultra schallsensor von ihm sowohl nah beabstandete als auch entferntere Objekte erkennen. Zu dem kann der Abtastbereich beliebig eingestellt werden durch z. B. bewegliche äußere Seg mente.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor kann beispielsweise in dem Rammschutz ei nes Kraftfahrzeugs derart angebracht sein, dass als Erfassungsbereich die Schallkeule mit annähernd geradeliegenden unteren Bereich parallel zu der von dem Kraftfahrzeug zu befah renen Ebene des zu befahrenen Bodens ausgerichtet wird und somit unerwünschte Större flexionen, bedingt durch Reflexionen des Schalls aufgrund der Unebenheiten des Bodens oder niedriger Bordsteinkanten, vorteilhafterweise vermieden werden. Abgesehen davon ermöglicht ebenso die durch den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor hervorgehobene Strahlungscharakteristik eine starke Bündelung der Schallkeule und dadurch eine Erhöhung des akustischen Wirkungsgrades auch im Bereich der bei herkömmlichen Ultraschallsenso ren zu beobachtende Totzone zu vermeiden; Totzone entspricht dem vor dem Ultraschall sensor unmittelbar angeordneten nicht hinreichend meß- oder erfaßbaren Nahbereich.

Die Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse ist bezüglich des Konzentrierens der Energie der Ultraschallimpulse auf einen abzutastenden Raumbe reich bzw. der Energie des Echos der Ultraschallimpulse auf den bzw. die Ultraschallwand ler steuerbar. Durch Variation des Reflektors des Ultraschallsensors wird die Konzentration der Energie der abgestrahlten sowie gegebenenfalls die von einem Körper reflektierten Ult raschallimpulse und damit u. U. die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors verändert.

Die Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse weist einen Reflektor auf, dessen reflektierende Oberfläche als paraboloide Fläche zweiter Ordnung aus gebildet ist. Dadurch wird die Energie der abgestrahlten sowie gegebenenfalls der von ei nem Körper reflektierten Ultraschallimpulse auf einen bestimmten Raumbereich konzent riert.

Um in Horizontalebene eine symmetrische Abtast-Charakteristik zu erzielen, ist der Reflektor spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die Variation der Breite des Abtastbereichs wird auf wirkungsvolle Weise dadurch erzielt, dass der Reflektor mehrere zueinander bewegliche Segmente aufweist, deren Position zueinander veränderbar sind.

Der Vorteil der Erfindung ist das bisher nicht für möglich gehaltene asymmetrische Schallfeld im Verhältnis horizontale 1 vertikale Ebene (Fig. 10 und Fig. 11). Bringt man zwei oder drei der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren derart hinten an ein Kraftfahr zeug an, dass die horizontalen Erfassungsbereiche die gesamte Fahrzeugbreite vollständig und lückenlos ausleuchten (Fig. 12) und die schmalen vertikalen Erfassungsbereiche nahezu parallel zur Bodenoberfläche verlaufen, werden Störreflexionen von einem rauen Boden oder von einer niedrigen Bordsteinkante vermieden (Fig. 13). Diese für den Fachmann als unerwartet zu betrachtende Eigenschaft des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, i. e. die asymmetrisch gestaltete Ausbildung des Erfassungsbereichs, beseitigt das bisherige mühe volle Ausrichten der herkömmlichen Ultraschallsensoren ohne die Anzahl der für eine lü ckenlose Absicherung der Fahrzeugbreite zu erhöhen.

Die Sende- und die Empfangscharakteristik des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors weisen scharfe Konturen auf (Fig. 10 bis Fig. 12). Daher kann z. B. der Erfassungsbereich auf der der Bodenfläche zugekehrten Seite im wesentlichen parallel verlaufen und genügend Bodenfreiheit ermöglichen, so dass sich der erfindungsgemäße Ultraschallsensor für die Raumüberwachung bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei der Außenraumüberwachung, eignet.

Die Gestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors ermöglicht darüber hinaus scharfe Konturen sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene der Erfas sungsbereiche, so dass über die Bereiche des asymmetrischen Erfassungsbereichs hinaus Störreflexionen vermieden werden.

Werden dann auch noch statt eines einzelnen Ultraschallwandlers getrennte Ultra schallwandler zum Senden des Schallimpulses und zum Empfang der Echosignale einge setzt, kann

a) vorteilhaft der typische Nahbereich von Ultraschallwandlern, die im Echo- Impulsbetrieb arbeiten, reduziert werden und
b) erfindungsgemäß ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Ult raschallwandler verwendet werden.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Überwachung der Ultraschallwandler ergibt sich aus der Ausnutzung der breiten Erfassungsbereiche der Ultraschallsensoren in der hori zontalen Ebene dergestalt, dass bei geeigneter Anordnung von wenigstens zwei erfindungs gemäßen Ultraschallsensoren eine gegenseitige Überwachung erfolgen kann.

An ein inneres Segment 17 des Reflektors, dessen reflektierende Oberfläche 9 als pa rabolische Fläche ausgebildet ist, schließen sich jeweils seitlich äußere Reflektorsegmente 14a, 14b an (Fig. 6 und Fig. 7), deren reflektierende Oberflächen 2 als rotationsparaboloide Flächen ausgebildet sind. Die äußeren Segmente 14a, 14b weisen vorteilhafterweise reflektierende Oberflächen 2 als Ausschnitte von 50 bis 120°, vorzugsweise 90°, im wesentlichen aus einem Rotationsparaboloid mit dem Brennpunkt 4 auf, das durch die Drehung der Para bel mit einem Drehwinkel α um ihre Rotationsachse 1 entsteht, wobei eine senkrecht die Rotationsachse 1 im Brennpunkt 4 schneidende Gerade die Parabel im projizierten Brenn punkt 3 berührt (Fig. 1 und Fig. 7).

Die reflektierende Oberfläche 9 des inneren Segments 17 ist der Teil der Fläche, die durch Drehung einer Parabel um die Achse 10 gebildet ist, die der Geraden entspricht, wel che im Brennpunkt 11 der Parabel senkrecht auf der Symmetrieachse 15 der Parabel steht und die Parabel im projizierten Brennpunkt 31 schneidet (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Von Vorteil ist es, wenn die reflektierende Oberfläche 9 ab dem projizierten Brennpunkt 31 der vertika len Projektion des Brennpunkts 11 beginnt und sich in eine Richtung vom Scheitelpunkt weg erstreckt.

Die Drehung der Parabel erfolgt um die Achse 10 mit dem Drehwinkel ϕ (Fig. 3 und Fig. 4). Bei einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht der Drehwinkel ϕ einem Betrag 8 des Öffnungswinkels ϕ von 0 bis 180°, vorzugsweise von 0 bis 90°, bevorzugterweise von 25 bis 45°. Überaus bevorzugt ist der Drehwinkel ϕ, wenn er dem Betrag 8 des Öffnungs winkels ϕ 30, 35 oder 40° entspricht.

Die äußeren Segmente 14a, 14b sind mit dem inneren Segment 17 derart angeordnet, dass die Brennpunkte 4, 11 zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte 3, 31 zusam menfallen, wobei die reflektierenden Oberflächen 2, 9 der äußeren Segmente 14a, 14b und des inneren Segments 17 eine im wesentlichen stetige Fläche bilden. Der Ultraschallwand lers 12 ist mit seiner aktiven Fläche 13 in dem Ultraschallsensor so ausgebildet, dass der Mittelpunkt seiner aktiven Fläche 13 mit dem Brennpunkt 4, 11 zusammenfällt, wobei die Hauptstrahlrichtung des Ultraschallwandlers 12 auf den projizierten Brennpunkt 3, 31 gerichtet ist. Der Öffnungswinkel der Schallkeule des Ultraschallwandlers 12 beträgt 5 bis 120°, vorzugsweise 50 bis 80°, noch mehr bevorzugt 60°.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Ultraschallsensors kann das innere Seg ment 17 aufspreizbar ausgebildet sein, wobei die äußeren Segmente 14a, 14b um eine ge meinsame Achse 85, welche durch die Brennpunkte 4, 11 und die projizierten Brennpunkte 3, 31 verlaufen kann, mit einem Drehwinkel β schwenkbar sind. Dabei ist es möglich, wenn der Drehwinkel β dem Betrag 8 des Öffnungswinkels ϕ des inneren Segments 17 entspricht. Dadurch kann der Erfassungsbereichs des Ultraschallsensors beliebig in horizontaler Ebene je nach Erfordernis verändert werden (Fig. 7).

In Fig. 7 stehen die Bezugszeichen 80 für die Rückseite, 82 für die Oberseite und 81 für die Unterseite des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors.

In einer noch vorteilhafteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors kann der Reflektor 90 zwei äußere Segmente 14a, 14b, zwei innere Segmente 17 und ein Mittelstück 18 aufweisen (Fig. 8 und Fig. 9), wobei das Mittelstück 18 eine reflektierende Oberfläche 7 aufweist, die als Teil einer parabolischen Fläche ausgebildet ist, welche durch lineare horizontale Verschiebung einer vertikal ausgerichteten Parabel, deren Symmetrieach se 16 sich horizontal erstreckt, gebildet ist (Fig. 5). Die Gerade 5 verbindet den Brennpunkt 71 der ursprünglichen - also nicht verschobenen - Parabel mit dem Brennpunkt 71 der hori zontal verschobenen Parabel. Die Gerade 6 verbindet den projizierten Brennpunkt 32 der ursprünglichen - also nicht verschobenen - Parabel mit dem projizierten Brennpunkt 32 der horizontal verschobenen Parabel.

Eine Gerade 70, welche senkrecht auf der Symmetrieachse 16 auf dem Brennpunkt 71 der Parabel steht, schneidet die Parabel in dem projizierten Brennpunkt 32. Es ist möglich, wenn das Mittelstück 18 mit einem der inneren Segmente 17 und einem der äußeren Seg mente 14a derart angeordnet ist, dass die Brennpunkte 4, 11, 71 zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte 3, 31, 32 zusammenfallen, wobei die reflektierende Oberfläche 2 des äußeren Segments 14a, die reflektierende Oberfläche 9 des inneren Segments 17 und die reflektierende Oberfläche 7 des Mittelstücks 18 eine im wesentlichen stetige Fläche bilden.

Darüber hinaus kann das Mittelstück 18 mit dem anderen der inneren Segmente 17 und dem äußeren Segmente 14b derart angeordnet sein, dass die Brennpunkte (4, 11, 71) zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte (3, 31, 32) zusammenfallen, wobei die reflektierende Oberfläche 2 des äußeren Segments 14b, die reflektierende Oberfläche 9 des inneren Segments 17 und die reflektierenden Oberfläche 7 des Mittelstücks 18 eine im we sentlichen stetige Fläche bilden.

Vorteilhaft ist es, wenn zwei Ultraschallwandler 12 in einem Ultraschallsensor ange ordnet werden, wobei ein erster Ultraschallwandler 12 die Ultraschallimpulse sendet und ein zweiter Ultraschallwandler 12 das Echo der Ultraschallimpulse empfängt. Die funktionale Spezialisierung der Ultraschallwandler 12 erhöht den akustischen Wirkungsgrad des Ultra schallsensors, da die Ultraschallwandler für die entsprechenden Aufgaben "Senden" und "Empfangen" optimiert sein können, und die typische Totzone von Ultraschallsensoren ver ringert werden kann.

Da z. B. Kraftfahrzeuge unterschiedliche Breiten aufweisen, müssen die Erfassungsbe reiche der Ultraschallsensoren diesen Abmessungen angepaßt werden. Diese Vorgabe kann nunmehr bereits mit zwei Ultraschallsensoren unter entsprechender Einstellung der beiden äußeren Segmente 14a und 14b berücksichtigt werden, ohne dass - wie herkömmlicherweise - ein spezieller Ultraschallsensor gefertigt werden muß.

Zudem ist es vorteilhaft, dass dabei die Ultraschallwandler 12 mit ihrer aktiven Fläche 13 derart angeordnet sind, dass der Mittelpunkt ihrer aktiven Flächen 13 mit den Brenn punkten 4, 11, 71 zusammenfällt, wobei die Hauptstrahlrichtung der Ultraschallwandler 12 auf die projizierten Brennpunkte 3, 31, 32 gerichtet sein kann. Aufgrund dieser Anordnung des bzw. der Ultraschallwandler 12 ist eine keulenförmige Ausbildung des Schallfeldes auf seiner der Oberseite 82 zugewandten Seite ausgeschlossen, so dass sich eine Strahlungs charakteristik ergibt, welche eine sehr starke Bündelung der Schallkeule aufweist, die so nach im wesentlichen asymmetrisch ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Hauptstrahl richtung der Ultraschallwandler 12 auf die projizierten Brennpunkte 3, 31, 32 gerichtet ist, wobei vorzugsweise der Öffnungswinkel der Schallkeule der Ultraschallwandler 12 5 bis 120°, vorzugsweise 50 bis 80°, noch mehr bevorzugt 60°, beträgt.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensors kann z. B. an einem Kraftfahrzeug derart gekoppelt werden, dass entweder die Unterseite 81, also die Seite, welche dem oder den Ultraschallwandlern 12 gegenüberliegt, oder mit der Oberseite 82, also die Seite, auf der sich der oder die Ultraschallwandler 12 befinden, der Bodenfläche zugewandt sein. Im Falle der Anordnung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit der zur Bodenfläche zuge wandten Oberseite 82 verläuft die untere, der Bodenfläche zugewandte Seite der Schallkeu le im wesentlichen parallel zur Bodenfläche.

Möglich ist auch, dass die inneren Segmente 17 aufspreizbar ausgebildet sind, wobei die äußeren Segmente 14a, 14b um eine Achse 86, welche jeweils durch die Brennpunkte 4, 11, 71 und die projizierten Brennpunkte 3, 31, 32 verläuft, mit einem Drehwinkel χ schwenkbar sind (Fig. 9). Der Drehwinkel χ kann dem Betrag 8 des Öffnungswinkels ϕ des betreffenden inneren Segments 17 entsprechen.

Vorzugsweise liegt der Frequenzbereich der Ultraschallimpulse des erfindungsgemä ßen Ultraschallsensors zwischen 20 bis 200 kHz, vorzugsweise 30 bis 50 kHz, bevorzug terweise bei 33 und 40 kHz.

Durch die Möglichkeit, den Erfassungsbereich des Ultraschallsensors beliebig in hori zontaler Ebene je nach Erfordernis variieren zu können, ohne Veränderung des Aufbaus oder der Einrichtungen als solche, wird ein großes Einsatzfeld unterschiedlichster Natur dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor eröffnet.

Aufgrund des Umstands, dass es nicht mehr erforderlich ist, dass verschiedene Ultra schallsensoren für verschiedene Zwecke unterschiedliche Bauausführungen, Anordnungen von Ultraschallwandlern etc. aufweisen müssen, sondern ein Ultraschallsensor genügt, um alle Anforderungen der verschiedensten Überwachungsbereiche zu erfüllen, e. g. Variation des Erfassungsbereichs, Genauigkeit und Konturenschärfe der Sende- und Empfangskeulen, kleine Abmessungen in der Baugröße etc. wird ein ubiquitärer Einsatz auf vielen industriel len und privaten Gebieten eröffnet; ganz abgesehen davon, dass die Herstellungskosten stark verringert werden können, weil sonach ein Ultraschallsensor genügt, um die Bedürf nisse aller betreffenden Bereiche in Hinsicht auf kostengünstige Überwachungsmöglichkei ten zu erfüllen.

Folglich kann eine Verwendung der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren als Tritt brettüberwachungsvorrichtung von Kraft- oder Nutzfahrzeugen, insbesondere Müllfahrzeu gen, als Überwachungsvorrichtung in oder außerhalb von Räumlichkeiten erfolgen, wobei unter Räumlichkeiten z. B. Gebäude, Teile desselben, wie Tore und Türen, und Fahr gasträume von Kraftfahrzeugen zu verstehen ist.

Sämtliche Segmente des Reflektors sind zu einem Körper mit zusammenhängender innerer Kontur zusammengefügt, dessen stetig nach innen geneigte, innere Oberfläche die aktive Fläche des Reflektors bildet. Die inneren Segmente 17 sind aufspreizbar ausgebildet, und die Position der äußeren Segmente 14a, 14b ist bezüglich der Position der inneren Segmente 17 in Abhängigkeit der Aufspreizung veränderbar. Beim Aufschwenken oder Zuschwenken der äußeren Segmente 14a, 14b um den Drehwinkel β bzw. χ bleibt somit die zusammenhängende innere Kontur der nach innen geneigten, inneren Oberfläche des Reflek tors im wesentlichen erhalten.

Selbstverständlich kann der Ultraschallsensor auch mit zueinander fest angeordneten Segmenten aufgebaut werden, wenn der Anbringungsort und der abzutastende Raumbereich von vornherein bekannt ist. Dies läßt dann eine sehr kostengünstige Ausführung des Ultra schallsensors zu.

Werden im erfindungsgemäßen Ultraschallsensor getrennte Ultraschallwandler zum Senden und zum Empfang der Echosignale eingesetzt, hat dies den Vorteil, dass bereits während des Sendens des Schallimpulses die ersten Echosignale eingelesen und ausgewertet werden können. Hierdurch wird die bei herkömmlichen Ultraschallsensoren vorhandene Totzone im Nahbereich drastisch reduziert. Dies ist besonders wichtig bei Ultraschallsenso ren, die als Parkhilfe an Kraftwagen eingesetzt werden, weil nur so auch Gegenstände er kannt werden können, die sich sehr nah vor dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor be finden.

In einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung kann der erfindungsgemäße Ultraschall sensor an eine Steuereinrichtung zur Steuerung, Kontrolle der Ultraschallwandler 12 sowie des Empfangs und Verstärkung der Echosignale, Auswerteeinrichtung zur Auswertung der umgewandelten Impulse der Ultraschallwandler 12, Anzeigeeinrichtung zur Darstellung der ermittelten Werte und/oder Übertragungseinrichtung angeschlossen sein. Als Anzeigeein richtung kann eine akustische und/oder optische verwendet werden. Im Falle der Verwen dung von mehreren Ultraschallsensoren können diese an eine Nachschalteinrichtung oder zentrale Steuereinrichtung gekoppelt sein, um eine gegenseitige Beeinflussung der Ultra schallwandler bzw. -sensoren zu vermeiden. Die Steuereinrichtung synchronisiert hierbei alle angeschlossenen Ultraschallwandler bzw. -sensoren und bereiten die Signale auf.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass es überaus vorteilhaft ist, die sehr schwachen Echo signale zunächst direkt am Ultraschallwandler elektronisch aufzuarbeiten und die verstärk ten Echosignale an das zentrale Steuergerät weiterzuleiten. Auch ist es sinnvoll, den Sendeimpuls in der Nähe des Ultraschallwandlers zu erzeugen und dass somit das zentrale Steuer gerät lediglich einen Triggerimpuls an die angeschlossenen Ultraschallsensoren sendet. Vor teilhafterweise ist also in dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor bereits eine elektroni sche Schaltung eingebaut, die aus einem externen Triggersignal den Sendeimpuls generiert und die die schwachen Echosignale dergestalt aufbereitet, dass diese problemlos über grö ßere Leitungslängen zu einem zentralen Steuergerät weitergeleitet werden.

Der Normentwurf DIN 75 031 vom Mai 1993 schreibt u. a. vor, dass Rangier- Warneinrichtungen die Ultraschallsensoren fortlaufend überwachen und den Ausfall eines Ultraschallsensors sofort dem Fahrer optisch und akustisch anzeigen müssen. Im Zuge der verschärften Produkthaftung durch den Hersteller ist eine Überwachung der Ultraschallsen soren auch an einer Parkhilfe für Personenkraftwagen wünschenswert.

Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor mit getrennten Ultraschallwandlern zum Senden des Sendeimpulses und zum Empfangen der Echosignale lassen sich die Ultra schallwandler vorteilhaft durch folgendes Verfahren von dem zentralen Steuergerät aus ü berwachen:
Es ist bekannt, dass bei der Echolaufzeitmessung der elektronische Verstärker für die Echosignale mit zunehmender Entfernung zwischen Ultraschallsensor und Reflektoren - respektive mit zunehmender Echolaufzeit - seinen Verstärkungsfaktor erhöhen muß. Des halb werden für derartige Aufgabenstellungen nach dem Stand der Technik laufzeitabhängig gesteuerte Verstärker eingesetzt. Vorzugsweise sollte der Ultraschallsensor also dann über prüft werden, wenn der Echoverstärker seine maximale Empfindlichkeit erreicht hat.

Strahlt nun der Sendewandler bei maximaler Empfindlichkeit des Echoverstärkers ei nen kurzen Ultraschallimpuls ab, kann dieser Sendeimpuls über die erfindungsgemäße Re flektorfläche (90) direkt in den Empfangswandler eingestrahlt und empfangen werden. Das Steuergerät kann also für jeden Ultraschallwandler einzeln prüfen, ob bei maximaler Emp findlichkeit der Echoverstärker dieser Prüfimpuls von den Empfangswandlern empfangen wurde.

Liefert ein Echoverstärker kein Signal nach Absetzen des Prüfimpulses, ist entweder ein Fehler im Sendepfad aufgetreten (der Sendewandler hat z. B. gar keinen Schallimpuls abgestrahlt) oder aber der Empfangspfad ist ausgefallen (der Ultraschallsensor ist nicht mehr in der Lage, Echosignale auszuwerten).

Es bleibt noch anzumerken, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Ka belbruch oder ein Kurzschluß in den Zuleitungen zu den Ultraschallsensoren aufgedeckt werden kann.

Vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße Prüfverfahren in die laufenden Ultraschall messungen eingebunden werden kann. Somit ist sichergestellt, dass mit jeder Ultraschall messung die Ultraschallsensoren überprüft werden.

Ein noch vorteilhafteres Verfahren zur Überprüfung der Ultraschallsensoren ergibt sich aus Anspruch 52 bei Verwendung von wenigstens zwei der erfindungsgemäßen Ultra schallsensoren. Dieses Verfahren ist im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren auch bei Ultraschallsensoren anwendbar, die nur mit einem Ultraschallwandler arbeiten. Dieses Verfahren läßt sich besonders bei der Anwendung der Ultraschallsensoren als Park hilfe oder Rangier-Warneinrichtung für Kraftfahrzeuge einsetzen.

Wegen des großen Öffnungswinkels in der horizontalen Ebene des erfindungsgemä ßen Ultraschallsensors kann nämlich schon mit zwei Ultraschallsensoren der rückwärtige Bereich eines Fahrzeuges vollständig abgetastet werden. Hierzu werden z. B. hinten zwei der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren jeweils links und rechts außen an dem Fahrzeug angebracht. Die beiden Ultraschallsensoren werden vorzugsweise in der Draufsicht auf den horizontalen Erfassungsbereichs (Fig. 13) soweit zueinander ausgerichtet, also nach innen geneigt, bis die äußeren Bereiche der Erfassungsbereiche etwa parallel mit der seitlichen Fahrzeugaußenkante verlaufen (Fig. 13).

Ist nun der horizontale Öffnungswinkel der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren ausreichend groß gewählt, strahlen sich die Ultraschallsensoren jetzt gegenseitig an. Das Steuergerät steuert die beiden Ultraschallsensoren nun abwechselnd an: Wenn dann der lin ke Ultraschallsensor seinen Sendeimpuls abgestrahlt hat, empfängt der rechte Ultraschall sensor diesen Schallimpuls im Direktstrahl. Das Steuergerät kann wegen der Schalllaufzeit zwischen dem Senden des Impulses und dem Empfang des direkt eingestrahlten Impulses im rechten Ultraschallsensor sogar überprüfen, ob die Sensoren im korrekten Abstand zueinan der am Fahrzeug angebracht sind. Wird der direkt eingestrahlte Schallimpuls nicht empfan gen, hat entweder der linke Ultraschallsensor gar keinen Impuls abgestrahlt, oder der rechte Ultraschallsensor kann keinen Schallimpuls empfangen, oder aber es befindet sich ein größe rer Gegenstand zwischen den beiden Ultraschallsensoren.

Die Prüfung wird selbstverständlich auch in entgegengesetzter Richtung durch das Steuergerät durchgeführt. Dann strahlt der rechte Ultraschallsensor seinen Schallimpuls ab und der linke Ultraschallsensor wird auf Empfang des direkt eingestrahlten Impulses hin überprüft.

Auch dieses Prüfverfahren deckt einen Kurzschluß und einen Kabelbruch in der Ver kabelung zwischen Steuergerät und angeschlossenen Ultraschallsensoren auf.

Dieses Prüfverfahren kann selbstverständlich auch auf drei und mehr Ultraschallsenso ren erweitert werden. Wichtig ist, dass sich die gegenseitig zu testenden Ultraschallsensoren im Direktstrahl "sehen".

Desweiteren läßt sich der erfindungsgemäße Ultraschallsensor zur Abtastung bzw. Er fassung der Raumbereiche um ein Fahrzeug herum an der Heckseite, Frontseite, Fahrerseite und/oder Beifahrerseite anbringen, wobei sich ein oder mehrere Ultraschallsensoren in mindestens einer Stoßstange befinden und die sichtbare Oberfläche der Ultraschallsensoren mit der sichtbaren Oberfläche der Stoßstange eine im wesentlichen stetige Fläche bilden. Überdies ist der Ultraschallsensor in mindestens einer Heckleuchte, Frontleuchte, in einem Reflektor der Heckleuchte und/oder Frontleuchte, in und/oder an mindestens einem Ver treter der Kotflügel, Fahrertür, Beifahrertür und Seitenteil z. B. Schweller umfassenden Gruppe anbringbar (Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15), weil der erfindungsgemäße der Ultra schallwandler klein in seinen Abmessungen ist und sich für einen Einbau in verschiedensten Örtlichkeiten geradewegs anbietet. Zudem erübrigen sich Umgestaltungen oder Anpassun gen der Örtlichkeiten an den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor, so dass der erfindungs gemäße Ultraschallsensor hinzutretend in Reflektoren von Kraftfahrzeugen einbaubar ist.

Da bereits mit zwei der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren ein Fahrzeug über die gesamte Fahrzeugbreite lückenlos abgesichert werden kann, können die erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren ähnlich wie herkömmliche Beleuchtungseinrichtungen auch in das Fahr zeugdesign integriert werden. Es ist sogar denkbar, die erfindungsgemäßen Ultraschallsen soren z. B. zusammen mit den Rückleuchten oder in die Rückleuchten in ein Kraftfahrzeug zu integrieren.

Bei einem Kraftfahrzeug kann der erfindungsgemäße Ultraschallsensor derart ange ordnet sein, dass der Ultraschallsensor mit seiner Rückseite 80 um eine Achse, welche vor zugsweise im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des mit dem Ultraschallwandlers zu versehenen Teils des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist, drehbar gelagert ist, wobei auch die Unterseite 81 des Ultraschallsensors senkrecht oder waagrecht zur Bodenfläche ausgerich tet ist.

Ausführungsbeispiele

Gemäß Fig. 13 sind an einem Nutzfahrzeug sowohl unterhalb der Stoßstange als auch in Fahrzeughöhe rechts und links Ultraschallwandler derart angebracht, dass ihre Oberseiten 82 zu der Bodenfläche bzw. zu der zur Bodenfläche abgewandten Seite ausgerichtet sind. Die untere, der Bodenfläche zugewandten Seite des Erfassungsbereichs der unterhalb der Stoßstange befindlichen Ultraschallsensoren verläuft nahezu parallel zur Bodenfläche. Das bedeutet, das niedrige Bordsteinkanten oder auf der Bodenfläche liegende Gegenstände niedriger Höhe nicht den Ultraschallsendeimpuls reflektieren. Zudem zeichnen sich die Sen de- und Empfangskeulen durch scharfe Kontur aus. Überdies ist festzustellen, dass die zwei erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren bereits ausreichend sind, um den gesamten hinteren Überwachungsbereich des Fahrzeugs abzudecken. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ultra schallsensoren erübrigt sich somit der Einbau von vier bis sechs herkömmlichen Ultraschall sensoren über die gesamte Breite des Fahrzeugs entlang der Stoßstange.

Die in Fahrzeughöhe angebrachten erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren ermögli chen durch ihren asymmetrischen Erfassungsbereich, dass in geringer Entfernung oberhalb vom Fahrzeugdach sich befindliche Gegenstände nicht die Sendeimpulse reflektieren und sonach nicht dem Benutzer den falschen Eindruck vermitteln, in Fahrzeughöhe befänden sich störende Gegenstände. Diese als Oberkantenschutz vorgesehenen Ultraschallsensoren sind selbstverständlich optional. Sie sollen hier verdeutlichen, dass ggf in einer zweiten E bene weitere Ultraschallsensoren angeordnet werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu er zielen.

Claims

1. Ultraschallsensor zur Abtastung eines Raumbereichs und/oder zur berührungslosen Ab standsmessung mit mindestens einem Ultraschallwandler (12) zum Senden von Ultra schallimpulsen und/oder Empfangen des Echos der Ultraschallimpulse und einer Ein richtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse auf den abzutastenden Raumbereich bzw. der Energie des Echos der Ultraschallimpulse auf den bzw. die Ult raschallwandler (12),

a) die Einrichtung zum Konzentrieren der Energie der Ultraschallimpulse einen Reflektor (90) mit reflektierender Oberfläche aufweist, die aus paraboloiden Flächen zweiter Ordnung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
b) der Reflektor (90) Segmente (14a, 14b, 17) aufweist,
c) der Reflektor (90) zwei äußere Segmente (14a, 14b) aufweist, deren reflektierenden O berflächen (2) Ausschnitte von 50 bis 120° aus einem Rotationsparaboloid mit dem Brennpunkt (4) sind, das durch die Drehung der Parabel mit einem Drehwinkel α um ihre Rotationsachse (1) entsteht, wobei eine senkrecht die Rotationsachse (1) im Brennpunkt (4) schneidende Gerade die Parabel im projizierten Brennpunkt (3) be rührt, und
d) der Reflektor (90) ein inneres Segment (17) aufweist, dessen reflektierende Oberfläche (9) als parabolische Fläche ausgebildet ist, die reflektierende Oberfläche (9) der Teil der Fläche ist, die durch Drehung einer Parabel um die Achse (10) gebildet ist, die der Geraden entspricht, welche im Brennpunkt (11) der Parabel senkrecht auf der Sym metrieachse (15) der Parabel steht und die Parabel im projizierten Brennpunkt (31) schneidet,
e) die Drehung der Parabel um die Achse (10) mit dem Drehwinkel ϕ erfolgt, welcher ei nem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ von 0 bis 180° entspricht,
f) die äußeren Segmente (14a, 14b) mit dem inneren Segment (17) derart angeordnet sind, dass die Brennpunkte (4, 11) zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte (3, 31) zusammenfallen, wobei die reflektierenden Oberflächen (2, 9) der äußeren Seg mente (14a, 14b) und des inneren Segments (17) eine stetige Fläche bilden,
g) der Ultraschallwandler (12) mit seiner aktiven Fläche (13) derart angeordnet ist, dass der Mittelpunkt seiner aktiven Fläche (13) mit dem Brennpunkt (4 bzw. 11) zusammen fällt, sowie die Hauptstrahlrichtung des Ultraschallwandlers (12) auf den projizierten Brennpunkt (3, 31) gerichtet ist.

2. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (90) spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.

3. Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (90) Segmente aufweist, welche starr miteinander verbunden sind.

4. Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (90) Segmente aufweist, welche zueinander beweglich sind.

5. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche (9) ab dem projizierten Brennpunkt (31) der vertikalen Pro jektion des Brennpunkts (11) beginnt und sich in eine Richtung vom Scheitelpunkt weg erstreckt.

6. Ultraschallsensor nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel ϕ einem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ von 0 bis 90° entspricht.

7. Ultraschallsensor nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die re flektierenden Oberflächen (2) der zwei äußeren Segmente (14a, 14b) des Reflektors (90) Ausschnitte von 90° sind.

8. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel ϕ dem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ von 25 bis 45° entspricht.

9. Ultraschallsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel ϕ dem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ 30, 35 oder 40° entspricht.

10. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Schallkeule des Ultraschallwandlers (12) 5 bis 120° beträgt.

11. Ultraschallsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswin kel der Schallkeule des Ultraschallwandlers (12) 50 bis 80° beträgt.

12. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Segment (17) aufspreizbar ausgebildet ist.

13. Ultraschallsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Seg mente (14a, 14b) um eine gemeinsame Achse (85), welche durch die Brennpunkte (4, 11) und die projizierten Brennpunkte (3, 31) verläuft, mit einem Drehwinkel β schwenkbar sind.

14. Ultraschallsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel β dem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ des inneren Segments (17) entspricht.

15. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (90) zwei äußere Segmente (14a, 14b), zwei innere Segmente (17) und ein Mittelstück (18) aufweist.

16. Ultraschallsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelstück (18) eine reflektierende Oberfläche (7) aufweist, die als Teil einer parabolischen Fläche ausgebildet ist, welche durch lineare horizontale Verschiebung einer vertikal aus gerichteten Parabel, deren Symmetrieachse (16) sich horizontal erstreckt, gebildet ist.

17. Ultraschallsensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gerade (70), welche senkrecht auf der Symmetrieachse (16) auf dem Brennpunkt (71) der Parabel steht, die Parabel in dem projizierten Brennpunkt (32) schneidet.

18. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelstück (18) mit einem der inneren Segmente (17) und einem der äußeren Segmente (14a) derart angeordnet ist, dass die Brennpunkte (4, 11, 71) zusammenfal len und die projizierten Brennpunkte (3, 31, 32) zusammenfallen, wobei die reflektie renden Oberflächen (2, 9, 7) des äußeren (14a) und des inneren (17) Segments und des Mittelstücks (18) eine im wesentlichen stetige Fläche bilden.

19. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelstück (18) mit dem anderen der inneren Segmente (17) und dem anderen der äußeren Segmente (14b) derart angeordnet ist, dass die Brennpunkte (4, 11, 71) zusammenfallen und die projizierten Brennpunkte (3, 31, 32) zusammenfallen, wobei die reflektierenden Oberflächen (2, 9, 7) des äußeren (14b) und des inneren (17) Seg ments und des Mittelstücks (18) eine im wesentlichen stetige Fläche bilden.

20. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (12) mit ihrer aktiven Fläche derart angeordnet sind, dass der Mittelpunkt ihrer aktiven Flächen (13) mit den Brennpunkten (4, 11, 71) zusammen fallen.

21. Ultraschallsensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrahl richtung der Ultraschallwandler (12) auf die projizierten Brennpunkte (3, 31, 32) gerichtet ist, wobei vorzugsweise der Öffnungswinkel der Schallkeule der Ultraschall wandler (12) 5 bis 120°, vorzugsweise 50 bis 80°, beträgt.

22. Ultraschallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Segmente (17) aufspreizbar ausgebildet sind.

23. Ultraschallsensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Seg mente (14a, 14b) um eine Achse (86), welche durch die Brennpunkte (4, 11, 71) und die projizierten Brennpunkte (3, 31, 32) verläuft, mit einem Drehwinkel χ schwenkbar sind.

24. Ultraschallsensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel χ dem Betrag (8) des Öffnungswinkels ϕ des betreffenden inneren Segments (17) ent spricht.

25. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (12) an eine oder mehrere Steuereinrichtungen zur Steuerung, Kontrolle der Ultraschallwandler (12) und des Empfangs und Verstärkung der Echo signale, Auswerteeinrichtungen zur Auswertung der umgewandelten Impulse der Ult raschallwandler (12), Anzeigeeinrichtungen zum Anzeigen der ermittelten Werte und/ oder Übertragungseinrichtungen angeschlossen sind.

26. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich der Ultraschallimpulse zwischen 20 bis 200 kHz liegt.

27. Ultraschallsensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbe reich der Ultraschallimpulse zwischen 30 bis 50 kHz liegt.

28. Ultraschallsensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbe reich der Ultraschallimpulse bei 33 kHz oder bei 40 kHz liegt.

29. Verwendung der Ultraschallsensoren nach einem der Ansprüche 1 bis 28 als Überwa chungsvorrichtung in und/oder außerhalb von Räumlichkeiten von Kraft- oder Nutz fahrzeugen, als Trittbrettüberwachungsvorrichtung von Kraft- oder Nutzfahrzeugen, und Gebäuden.

30. Verwendung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die sichtbare Oberflä che der Ultraschallsensoren mit der sichtbaren Oberfläche der Stoßstange eine im we sentlichen stetige Fläche bilden.

31. Verwendung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultra schallsensor in mindestens einer Heckleuchte und/oder Frontleuchte angeordnet wird.

32. Verwendung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor in einem Reflektor der Heckleuchte und/oder Frontleuchte angebracht wird.

33. Verwendung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ultraschallsensoren mit einem oder mehreren Ultraschallwandlern in Kraft- oder Nutzfahrzeugen derart zueinander ausgerichtet werden, dass der Ultra schallimpuls des einen Ultraschallsensors ohne Reflexion im Direktstrahl von dem an deren Ultraschallsensor zu empfangen ist.

34. Verwendung von zwei Ultraschallwandlern in einem Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 15 bis 28, mit den Schritten,
Abstrahlen eines Schallimpulses als Prüfimpuls durch den ersten Ultraschallwandler (12) zu dem Zeitpunkt, wenn der Verstärker für die Echosignale des zweiten Ultraschallwand lers (12) seine Maximalverstärkung erreicht hat und
Prüfen durch die Auswerteeinrichtung, ob der zweite Ultraschallwandler (12) den von der Schallumlenkfläche des Ultraschallwandlers (12) reflektierten Schallimpuls empfangen hat.

35. Verwendung von mindestens zwei Ultraschallsensoren zur Sensorüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ultra schallsensoren mit einem oder mehreren Ultraschallwandlern (12) in Kraft- oder Nutz fahrzeugen derart zueinander ausgerichtet werden, dass der Ultraschallimpuls des ei nen Ultraschallsensors ohne Reflexion im Direktstrahl von dem anderen Ultraschall sensor empfangen wird, ein Schallimpuls als Prüfimpuls durch einen Ultraschallwand ler (12) des einen Ultraschallsensors abgestrahlt wird und durch eine Auswerteein richtung geprüft wird, ob ein Ultraschallwandler (12) des anderen Ultraschallsensors den Schallimpuls nach der Schalllaufzeit empfangen hat und umgekehrt.