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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Ultraschallsensor und einen Ultraschallresonator zur Verwendung
in dem Ultraschallsensor. Der Ultraschallsensor wird in einem Kraftfahrzeug
verwendet, um Hindernisse, die sich an hinteren und/oder vorderen Ecken
des Kraftfahrzeugs befinden, zu erfassen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein Ultraschallsensor dieser Art
ist bisher bekannt und in einem Kraftfahrzeug verwendet worden. Der
an einem hinteren Stoßfänger angebrachte
Ultraschallsensor sendet Ultraschallwellen nach hinten und empfängt Ultraschallwellen,
die an Hindernissen, die sich in einem hinteren Bereich oder hinteren Ecken
des Kraftfahrzeugs befinden, reflektierte werden, wenn das Fahrzeug
zum Parken oder zu anderen Zwecken nach rückwärts gefahren wird. Wenn die
Hindernisse von dem Sensor erfasst werden, wird ein Fahrer gewarnt,
und er kann ein Anstoßen
an den Hindernissen vermeiden. Ein Ultraschallresonator ist in ein
Gehäuse
des Ultraschallsensors eingebaut. Der Ultraschallresona tor umfasst
ein piezoelektrisches Element, das an einer runden Resonatoroberfläche angebracht
ist. Das piezoelektrische Element wird von einer elektrischen Spannung
angesteuert, und durch den piezoelektrischen Effekt wird darin eine
Ultraschallschwingung erzeugt. Die Ultraschallwelle wird von der
Resonatoroberfläche
nach hinten ausgesendet, und die Resonatoroberfläche empfängt die an den Hindernissen
reflektierten Ultraschallwellen. In dem piezoelektrischen Element
wird entsprechend der reflektierten Welle durch den umgekehrten
piezoelektrischen Effekt eine elektrische Spannung erzeugt und durch
eine in dem Sensor untergebrachte Signalverarbeitungsschaltung verarbeitet.
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Gewöhnlich hat ein herkömmlicher
Ultraschallresonator einen Winkelbereich, der in der vertikalen
und der horizontalen Richtung gleich ist. Es ist jedoch wünschenswert,
dass der Sensor in der horizontalen Richtung einen größeren Winkel
abdeckt als in der vertikalen Richtung und die Bodenfläche nicht
als ein Hindernis erfasst. Um den gewünschten Winkelbereich zu erhalten,
umfassen einige herkömmliche
Sensoren eine Signalhupe, die an ihrer Vorderseite angebracht sind
und eine ovale Öffnung mit
einer längeren
Achse in der vertikalen Richtung aufweisen. Ein Beispiel eines herkömmlichen
Ultraschallsensors ist in 8A und 8B gezeigt, die eine Vorderansicht
bzw. eine Querschnittsansicht zeigen. Wie in 8B gezeigt ist, ist ein Ultraschallsensor 120 an
einem hinteren Stoßfänger 30 angebracht. Der
Ultraschallsensor 120 weist einen Ultraschallresonator
auf, um hiervon Ultraschallwellen auszusenden und an Hindernissen
reflektierte Ultraschallwellen zu empfangen. Dieser spezielle Resonator
hat einen Winkelbereich, der in der vertikalen und in der horizontalen
Richtung gleich ist, wie es in 9 gezeigt
ist. Die in dem Resonator erzeugten Ultraschallwellen werden von
einer Resonatoroberfläche 121 durch
ei ne Öffnung 122 ausgesendet,
die die Signalhupe bildet. Die Resonatoroberfläche 121 des in dem Sensor 120 eingebauten
Ultraschallresonators befindet sich hinter der Vorderfläche des Öffnung 122,
wodurch ein zurückgesetzter
Raum gebildet wird. Da der Sensor an dem hinteren Stoß-fänger angebracht ist, wird sich
etwas Schmutz oder Schnee in dem zurückgesetzten Raum ansammeln,
was das Erfassungsvermögen
des Ultraschallsensors nachteilig beeinflusst. Darüber hinaus
kann der zurückgesetzte Raum
im Vorderteil des Sensors vom Standpunkt des Designs oder des Aussehens
nicht erwünscht
sein.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts des genannten Problems
ist vor kurzem ein Ultraschallresonator mit einem Winkelbereich
vorgeschlagen worden, der in der horizontalen Richtung in sich breiter
ist, und der eine runde Resonatoroberfläche aufweist. Um jedoch diese
Art von Ultraschallresonator korrekt in dem Gehäuse des Sensors einzubauen,
muss besonders acht gegeben werden, um keinen Fehler in der Befestigungsrichtung
zu machen. Mit anderen Worten, es besteht die Möglichkeit, dass der Ultraschallresonator
in einer falschen Richtung in dem Gehäuse eingebaut wird.
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Die vorliegende Erfindung, die in
Anspruch 1 definiert ist, ist angesichts der genannten Probleme gemacht
worden, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor
mit einem Ultraschallresonator bereitzustellen, der einen ungleichen Winkelbereich
in der horizontalen und der vertikalen Richtung aufweist und, ohne
beim Zusammenbauvorgang einen Richtungsfehler zu machen, leicht
in den Sensor eingebaut werden kann. Es ist ein weiteres Ziel, eine
Ultraschallsensorstruktur bereitzustellen, die eine Anhäufung von
Schmutz, Schnee oder anderen Fremdkörpern auf der Vorderfläche des Sensors
vermeidet.
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Ein Ultraschallsensor ist aus einem
zylindrischen Gehäuse
mit einer geschlossenen vorderen Oberfläche und einem an der Vorderfläche angebrachten
piezoelektrischen Element aufgebaut. Die Vorderfläche des
Gehäuses
bildet eine Resonatoroberfläche,
von dem Ultraschallwellen ausgesendet werden und durch die an Hindernissen
reflektierte Ultraschallwellen empfangen werden. Ein Winkelbereich
des Ultraschallresonators ist ungleich in der vertikalen und der
horizontalen Richtung. Und zwar deckt er zum Beispiel in der horizontalen
Richtung einen breiteren Bereich ab als in der vertikalen Richtung.
Auf der äußeren zylindrischen
Oberfläche
des metallenen Gehäuses
ist eine flache Oberfläche,
vorzugsweise ein Paar von flachen Oberflächen, ausgebildet. Die flache
Oberfläche
dient dazu, eine bestimmte Richtung, z. B. die horizontale Richtung,
des Ultraschallresonators zu kennzeichnen, wenn der Resonator in
ein zylindrisches Sensorgehäuse
eingesetzt wird.
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Der Ultraschallsensor ist aus einem
zylindrischen Harzgehäuse,
dem Ultraschallresonator und einer Signalverarbeitungsschaltung
aufgebaut. Der Ultraschallsensor ist so in dem Harzgehäuse angeordnet,
dass die vordere Oberfläche
des Resonators im wesentlichen koplanar zu einer vorderen Öffnung des
Harzgehäuses
ist, so dass kein zurückgesetzter Raum
in der Vorderseite verbleibt. Diese Struktur dient dazu, eine Anhäufung jedweder
Fremdstoffe wie Schmutz oder Schnee in der Vorderseite des Sensors
zu vermeiden. Eine flache Oberfläche,
vorzugsweise ein Paar von flachen Oberflächen ist auf der äußeren, zylindrischen
Oberfläche
des Gehäuses
ausgebildet, so dass die horizontale Richtung gekennzeichnet ist,
wenn der Ultraschallsensor an einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges montiert
wird. Ein ovales Loch wird in den Stoßfänger gemacht, um den Ultraschallsensor
darin aufzunehmen, und demzufolge wird der Ultraschallsensor korrekt
an dem Stoßfänger positioniert.
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Weiter Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden leicht ersichtlich von einem besseren Verständnis der
bevorzugten Ausführungsform, die
im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Vorderansicht eines Ultraschallresonators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1B ist
eine Seitenansicht des in 1A gezeigten
Ultraschallresonators;
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1C ist
eine Rückansicht
des in 1A gezeigten
Ultraschallresonators;
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1D ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie ID-ID in 1E des in 1A gezeigten
Ultraschallresonators;
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1E ist
eine Rückansicht,
die den in 1A gezeigten
Ultraschallsensor zeigt, wobei ein Füllmaterial von einem Gehäuse entfernt
ist;
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2 ist
ein Diagramm, das einen Winkelbereich des Ultraschallresonators
sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung zeigt;
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3A ist
eine Vorderansicht, die einen Ultraschallsensor der vorliegenden
Erfindung zeigt, der an ei nem hinteren Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges angebracht
ist;
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3B ist
eine Querschnittsansicht, die den in 3A gezeigten
Ultraschallsensor zeigt;
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4 ist
eine Draufsicht, die einen Stoßfänger zeigt,
der ein ovales Loch aufweist, um den Ultraschallsensor darin einzubauen;
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5A ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Gehäuse des Ultraschallsensors
zeigt;
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5B ist
eine Rückansicht,
die das in 5A gezeigte
Gehäuse
zeigt;
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6A und 6B zeigen eine modifizierte Form
des Ultraschallresonators gemäß der vorliegenden
Erfindung, die eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht zeigen;
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7A und 7B zeigen eine weitere modifizierte
Form des Ultraschallresonators gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht zeigen;
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8A und 8B zeigen ein Beispiel eines
herkömmlichen
Ultraschallsensors, die eine Vorderansicht bzw. eine Querschnittsansicht
zeigen; und
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9 ist
ein Diagramm, das einen Winkelbereich des in 8A und 8B gezeigten
herkömmlichen
Ultraschallresonators zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf 1A bis 1E,
wird eine Ausführungsform
eines Ultraschallsensors gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Ein Ultraschallsensor 10 besteht
aus einem metallenen Gehäuse 11,
das eine zylindrische Form aufweist, mit einem durch eine Endwandung 11a geschlossenen Ende,
einem piezoelektrischen Element 12, das an der Endwandung 11a befestigt
ist, Zuführungsleitungen 15,
um das piezoelektrische Element 12 mit Spannung zu versorgen,
und einen Füllstoff 16,
der einen inneren Raum 13 des Gehäuses 11 ausfüllt. Die
Endwandung 11a ist rund und weist eine Resonatoroberfläche llb auf,
von der Ultraschallwellen ausgesendet werden und durch die an Hindernissen
reflektierte Ultraschallwellen empfangen werden. Eine der Zuführungsleitungen 15 ist
an eine Oberfläche des
piezoelektrischen Elements 12 gelötet, und die andere der Zuführungsleitungen 15 ist
in eine Nut 14 gelötet,
die in dem Gehäuse 11 ausgebildet
ist. Eine Wechselspannung ist über
die Zuführungsleitungen 15 an
beide Oberflächen
des piezoelektrischen Elements 12 angelegt. Der innere
Raum 13 weist einen rechteckigen Querschnitt mit längeren vertikalen
Seiten und kürzeren
horizontalen Seiten auf, wie es in 1C und 1E gezeigt ist. Der rechteckige
innere Raum 13 sorgt bei dem Ultraschallresonator für einen ungleichen
Winkelbereich in der horizontalen und der vertikalen Richtung, wie
es in 2 gezeigt ist.
Wie in 2 zu sehen ist,
deckt der Resonator 10 in der horizontalen Richtung einen
breiteren Winkel ab als in der vertikalen Richtung. Nachdem das
piezoelektrische Element 12 an der Endwandung 11a befestigt und
die Zuführungsleitungen 15 an
die jeweiligen Positionen gelötet
sind, wird der innere Raum 13 mit dem Füllstoff 16, der aus
Filzen und Silikonharz besteht, gefüllt .
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Flache Oberflächen 17 sind an einer äußeren, zylindrischen
Oberfläche
des metallenen Gehäuses 11 ausgebildet.
Die flachen Oberflächen 17 sind
parallel zu den längeren
Seiten des inneren Raumes 13, und dienen auf diese Weise
dazu, die horizontale Richtung des Ultraschallsensors 10 zu kennzeichnen,
wenn er eingebaut wird.
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3A und 3B zeigen einen Ultraschallsensor 20,
in dem der oben beschriebene Ultraschallresonator 10 eingebaut
ist. 3A ist eine Vorderansicht,
und 3B ist eine Querschnittsansicht
des Ultraschallsensors 20. Der Ultraschallsensor 20 besteht
aus einem aus Harz hergestellten Gehäuse 22, einem in das
Gehäuse 22 eingesetzten
Ultraschallresonator 10, einer Signalverarbeitungsschaltung 21, um
das piezoelektrische Element 12 mit Spannung zu versorgen
und eine durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt in dem piezoelektrischen
Element 12 erzeugte Spannung zu verarbeiten, und ein Silikonharz 24,
das in den hinteren Raum des Gehäuses 22 gefüllt ist,
um die innenliegenden Komponenten vor Feuchtigkeit zu schützen. Der
Ultraschallsensor 20 ist zum Beispiel an dem hinteren Stoßfänger 30 befestigt
und sendet Ultraschallwellen von ungefähr 40 kHz aus, und empfängt die
an den Hindernissen reflektierten Ultraschallwellen der gleichen
Frequenz.
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Ein Stoßauffangelement 23,
das aus Silikonkautschuk hergestellt ist, ist zwischen dem Ultraschallresonator 10 und
dem Gehäuse 22 eingefügt. Das
Stoßauffangelement 23 erleichtert
die Übertragung
von in dem Ultraschallresonator 10 erzeugten Schwingungen
auf das Gehäuse 22.
Die Signalverarbeitungsschaltung 21 ist über einen
Kabelbaum 25 mit einem (nicht gezeigten) äußeren Steuergerät verbunden.
Das Gehäuse 22 weist
eine kreisförmige Öffnung 22a auf,
durch die der Ultraschallresonator 10 eingesetzt wird.
Das Gehäuse 22 weist
ferner einen Vorsprung 22b auf, der die axiale Position
des Stoßauffangelements 23 und
des Ultraschallresonators 10 bestimmt. Die Resonatoroberfläche llb
ist koaxial zu der kreisförmigen Öffnung 22a und
an der nahezu gleichen axialen Position wie die kreisförmige Öffnung 22a angeordnet,
so dass sie im wesentlichen keinen zurückgesetzten Raum vor der Resonatoroberfläche llb
erzeugt. Die Zuführungsleitungen 15 des
Ultraschallresonators 10 sind mittels Lötung mit der Signalverarbeitungsschaltung 21 verbunden,
und die Signalverarbeitungsschaltung 21 wird von der rechten
Seite in 3B in das Gehäuse 22 eingefügt. Anschließend wird
in den hinteren Raum des Gehäuses 22 Silikonharz 24 gefüllt. Somit
ist der Zusammenbau des Ultraschallsensors 20 abgeschlossen.
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Wenn der Ultraschallresonator 10 von
der kreisförmigen Öffnung 22a des
Gehäuses 22 her
eingesetzt ist, ist seine Winkelposition innerhalb des Gehäuses 22 durch
die flachen Oberflächen 17 bestimmt,
die mit flachen Oberflächen
des Stoßauffangelements 23 zusammenpassen.
Die flachen Oberflächen 17,
die an der äußeren, zylindrischen
Oberfläche
des Ultraschallresonators 10 angeformt sind, dienen dazu,
eine Fehlpositionierung des Resonators 10 in dem Gehäuse 22 zu
vermeiden. Da der Ultraschallresonator 10 einen Winkelbereich
aufweist, der, wie oben erwähnt,
in der horizontalen und der vertikalen Position verschieden ist,
muss seine Fehlpositionierung beim Montageprozess unbedingt vermieden
werden. Obwohl der Resonator 10 in dem Gehäuse 22 verkehrt
herum (um 180 Grad gedreht) eingebaut werden kann, darf er keine
andere Position einnehmen.
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Wenn der Ultraschallsensor 20 an
dem hinteren Stoßfänger 30 befestigt
wird, muss er korrekt positioniert werden, so dass er einen breiteren
Bereich in der horizontalen Richtung abdeckt. Zu diesem Zweck weist
der hintere Stoßfänger 30 ein
ovales Loch 31 auf, um den Ultra schallsensor 20 wie
es in 4 gezeigt ist,
darin zu befestigen, und das Gehäuse 22 des
Sensors 20 weist flache Oberflächen 26 auf, die mit
den längeren
Seiten des ovalen Lochs 31 zusammenpassen, wenn das Gehäuse 22 in
einer Position in das ovale Loch 31 eingesetzt ist, in
der ein Flanschabschnitt des Gehäuses
den Stoßfänger 30 berührt, wie
es in 5A und 5B gezeigt ist. Durch diese
Struktur kann der Ultraschallsensor 20 in jedem Fall korrekt
an dem hinteren Stoßfänger 30 positioniert
werden.
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6A und 6B zeigen eine modifizierte Form
des Ultraschallresonators 10, wobei die an der äußeren Umfangsfläche des
metallenen Gehäuses 11 statt
einem Paar von flachen Oberflächen 17,
wie es bei der vorangegangenen Ausführungsform gezeigt ist, nur
eine flache Oberfläche 17 ausgebildet ist.
Die einzelne Oberfläche 17 kann
dazu dienen, den Ultraschallresonator 10 in der gleichen
Weise wie bei der vorangegangenen Ausführungsform korrekt in dem Sensorgehäuse 22 zu
positionieren. Ein weiteres Modifikationsbeispiel ist in 7A und 7B gezeigt, in denen ein Vorsprung 18 zur
korrekten Positionierung des Ultraschallresonators 10 in
dem Sensorgehäuse 22 auf
der äußeren Oberfläche des Gehäuses 11 ausgebildet
ist. Der Vorsprung 18 dient ferner dazu, eine Fehlmontage
des Resonators 10 auf eine ähnliche Weise wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel
zu vermeiden. Verschiedene andere Formen als jene oben beispielhaft
gezeigten können
möglich
sein, um den Ultraschallresonator 10 korrekt in dem Sensorgehäuse 22 und
den Ultraschallsensor 20 korrekt an dem hinteren Stoßfänger 30 zu
positionieren.
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Obwohl der Ultraschallsensor 20 bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
an dem hinteren Stoßfänger 30 befestigt
ist, um Hindernisse hinter einem Kraftfahrzeug zu erfassen, kann
er an einem vorderen Stoßfänger angebracht
sein, um Hindernisse vor dem Fahrzeug zu erfassen. Darüber hinaus
kann der Ultraschallsensor 20 sowohl an dem vorderen als
auch an dem hinteren Stoßfänger befestigt
sein, oder zwei Sensoren können
an der linken bzw. der rechten Ecke des Stoßfängers angebracht sein.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit Bezug auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele gezeigt und
beschrieben worden ist, ist es für
den Fachmann klar, dass darin Änderungen
in der Form und in den Einzelheiten durchgeführt werden können, ohne den
Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.