JP2013530880A - 超音波センサ装置が遮蔽されている車両外装及び超音波変換器を車両外装に組み込むための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの超音波センサ素子（２０）を備えている超音波センサ装置を有している車両外装に関する。超音波センサ素子（２０）は、内側外装エレメント（４０）の凹部（３０）内に設けられているか、又は外側に向かって開かれている中空部（３０）内に設けられている。凹部（３０）又は外側に向かって開かれている中空部（３０）は少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）によって形成されており、該車両外装エレメント（１０，１２）の外面は前記超音波センサ素子（２０）を収容するためには途切れておらず連続している。

Description

物体の識別（即ち、距離の評価）のために複数のセンサを使用することは自動車技術において周知である。センサは自動車の外面に配置されており、波動を送出し、戻ってきた波動に基づき周囲の物体を検出する。センサとして、特にマイクロ波パルスを送受信するマイクロ波センサ、並びに、超音波パケットを送受信する超音波センサが適しており、そのようなセンサは伝播時間及び他の判定基準に基づき距離を評価することができる。

自動車技術においては、自動車の外面に嵌め込まれた超音波センサが市場において大多数を占めている。それらのセンサは通常の場合、バンパの外面に固定されているか、又は、センサが表面に嵌め込まれているか、もしくは、中間部分又はリアパネル固定部によってバンパもしくはトリムに固定されていることによって、相応のトリムに固定されている。

この種の固定方式は先ず複数の付加的なステップを必要とするものであり、それらの付加的なステップでは最初にバンパに開口部が形成され、センサ外面をバンパ外面と平坦に構成するために、別の固定エレメントを複雑なやり方で取り付けなければならなかった。加工に関する欠点の他にも、そのような固定技術によって必然的に車両の外観が損なわれることから、外見上の欠点も生じる。

更には、そのような固定によってセンサの外面は直接的に周囲の影響に晒されており、バンパの負荷が極僅かであっても、機械的に敏感なセンサに作用する大きい力が生じてしまう。センサに機械的な保護部を設けることはできない。何故ならば、そのような機械的な保護部は、車両表面に取り付けられているセンサでははっきりと目に見えるものとなり、車両メーカのデザイン要望に反することになるからである。

このことから、今日の超音波センサはより良い機械的な保護のために、剛性のダイアフラムが常に設けられており、これによって、物理的な法則に基づき、センサの動作は非常に狭い周波数領域でしか実現されない。

更には、車両表面におけるセンサの配置は、通常の送信信号の無視できない伝播時間に基づき、近傍の測定能力を制限する。つまり、センサから２０ｃｍよりも近い位置にある物体を大抵の場合はもはや識別することができない。

発明の概要
本発明はセンサの非常にフレキシブルな固定を実現し、それと同時にセンサ自体は比較的強い衝突事故においても保護されている。更には、所要スペースが僅かであることに基づきセンサを車両のほぼあらゆる箇所に固定することができ、少なくとも、電磁波を検出するセンサよりも多くの箇所に固定することができる。特に、センサを車両外装に取り付けるために付加的な作業は必要とされない。つまり車両外装のエレメント自体は十分に非接触に保たれており、また、正確な空所を設ける必要はない。特に、本発明を用いることにより、センサを目に見えないように車両に取り付けることができるので、それによりセンサは車両の設計の障害にはならない。本発明による固定のために必要とされる特徴は、車両外装の通常の構成によってあらゆる車両外装に既に与えられており、従って、センサの固定は予定されていない車両外装に使用されるような、加工されていない標準部分を使用することができる。更には、外装の機械的な安定性を損なわせることになる車両外装の表面における大面積の中断部を生じさせることなく、即ち、表面が途切れずに連続している、非常に出力の大きい大面積のセンサを使用することができる。

本発明が基礎とする考察は、電磁波とは異なり音波又は放射波は、通常の車両外装エレメントによって吸収されずに、単に回折、偏向又は別の点に焦点合わせされるだけであるという利点を有していることである。本発明は、音波の伝播特性を考慮し、それを用いることによってそれらの利点を利用する。

従って、本発明が基礎とする着想は、超音波センサを車両外装の表面に直接的に埋め込むのではなく、既存の間隙、中間空間、中空部及び凹部を利用し、超音波をそこから送出させることである。超音波センサ素子はここでもまた有利には、車両外装の外面に対して内側、つまり車両側へとずらされており、それによって自動的に本質的な機械的な保護が得られる。そのように車両外装の外面に対してずらされた場合には車両外装によってマイクロ波が吸収されることにより機能しなくなる虞があるマイクロ波を検出するセンサとは異なり、超音波センサを後退させて配置することによって、車両外装表面に対して内側に向かってずらされた位置において音波が形成され、形成された音波は車両の既存の隙間から送出される。その際に物理的な原理が使用され、その原理に従い、変換器と音波空間との間には流体連結部又は音響的な連結部だけが存在すれば良いが、それらの連結部は完全に自由な視界を必要とするのではなく、圧力補償調整、従って音波伝達を実現するあらゆる連結部が原則として適している。車両外装は個々の多数の構成要素を含んでおり、それらは異なる材料に基づき、又は可動の部分に基づき、直接的には接合しておらずに、例えばドアとドアフレームとの間のような僅かな間隙が生じるように固定されている。その種の間隙は超音波を送出させるには十分なものであり、更には変換器の面が間隙の幅よりも遥かに大きいことも考えられる。最終的に、音波がその種の間隙を通過することによって音波のみが減衰されるが、間隙の幅が２ｍｍ以上から５ｍｍ（もしくは音波パルスの波長の半波長又は一波長、例えば約３．７ｍｍから７．５ｍｍ）の場合には、そのような減衰は極僅かなものであり、従ってセンサの動作が実質的に損なわれることはない。センサは、周囲を能動的にサンプリングするために送受信を行うよう設計されている超音波センサである。

従って、本発明によれば、一つ又は複数の超音波センサ素子を有する超音波センサ装置を備えた車両外装が提供される。それら超音波センサ素子の内の少なくとも一つの超音波センサ素子は車両外装の表面の裏側に設けられている。即ち、車両外装の凹部又は外側に向かって開かれている中空部に設けられている。凹部又は外側に向かって開かれている中空部を、外側に向かって配向されている車両外装の湾曲部、例えばナンバープレートを収容するための湾曲部によって形成することができるか、又は、車両外装の表面に相対的に内側に向かって生じる中空部、例えばドア及び所属のフレームによって規定されている隙間の後方に存在する中空部によって形成することができる。凹部又は外側に向かって開かれている中空部は少なくとも一つの車両外装エレメントによって、従って特に、車両外装の通常の部分を形成する金属薄板エレメント又はプラスチックエレメントによって形成されるが、センサを収容するという点においてのみ、そのような通常の形状とは異なっている。換言すれば、車両外装には超音波センサ素子の配置にのみ使用される欠落部又は開口部は設けられておらず、むしろ、特に車両外装エレメントの縁部における形状が隣接する車両外装エレメントの形状に適合されていることから、車両外装エレメントの一貫した表面が存在し、それにより超音波センサ素子の収容に使用される中断部は生じない。確かに、例えば車両外装エレメントの別のエレメント又は外面車両エレメント、例えばサイドミラーを収容するために車両外装エレメントの外面が中断していることも考えられるが、しかしながら、超音波センサ素子を収容するための特別な凹部又は開口部は設けられておらず、それによって、複数のセンサを収容するために特別に設けられたものではない車両外装エレメントを使用することができる。これによって製造が簡略化され、設計に関する好適な態様が得られる。しかしながら特に、外面が超音波センサ素子を収容するためには中断されていないことによって、超音波センサ素子が外面に直接的に固定されることもなくなるので、それによって、超音波センサ素子が周囲からの機械的な負荷に直接的に晒されることは排除されている。むしろ、超音波センサ素子は内側に向かってずらされて（従って保護されて）配置されている。択一的に、突出しており、従って軽度の衝突事故の際に超音波センサを保護する、車両外装エレメントの区間も存在する。

本発明の一つの態様によれば、凹部が別の外装エレメント又は外面車両エレメントを収容するために使用される窪みによって形成される。つまり、凹部は二つの機能を有している。即ち、超音波センサ素子を収容する機能を有し、更には別の外装エレメント又は外面車両エレメントを収容するための機能も有する。従って超音波センサ素子は別の外装エレメントと共に、又は、外面車両エレメント（例えばナンバープレート保持部）と共に凹部に固定されているので、窪み、また必要に応じて別の外装エレメント又は外面車両エレメントも超音波センサ素子に対する保護部を形成している。凹部又は中空部を個々の車両外装エレメントの形状によって形成することができる。その形状は車両に向けられた空間を提供し、この空間は音波を送出できるようにするために、車両外装の周囲と流体が流れるよう直接接触している。そのような流体連結部の代わりに、例えば金属薄板又は他のプレートがダイアフラムとして機能する音波伝達連結部も設けることができ、この音波伝達連結部は確かに流体力学的な観点においては連結を遮るものであるが、金属薄板又はプレートが共振することによって、即ち振動状態に移行できることによって、音波を伝達させることができる。

択一的な態様として、凹部又は中空部を、隔たり又は間隙を介して相互に結合することができる二つの異なる車両外装エレメントによって形成することができる。間隙又は隔たりはこの場合、流体連結部（ダイアフラムを介して分離されることも考えられる。その場合には音波を伝送する連結部として実施される）を形成する。隔たりを介して結合される異なる車両外装エレメントを異なる材料、例えばプラスチックと金属から製造することができるか、又は、それらの異なる車両外装エレメントは相互に可動の車両外装エレメントであっても良い。いずれの場合も、通常は間隙が設けられ、例えばヘッドライトケーシングとそれを包囲する金属薄板外装との間、又は、ドアとフレームとの間に間隙が設けられる。相互に可動する車両外装エレメントは、車両外装に対して可動の第１のエレメント及び固定の第２のエレメントを含んでいるか、又は、相互に相対的に可動する、車両外装に対して可動の二つの車両外装エレメントを含んでいる。

本発明の別の態様によれば、少なくとも一つの超音波センサ素子が車両外装に接している周囲と流体が流れるように直接的連結している。これによって、音波は直接的に超音波センサから（即ち、凹部又は中空部の内側の位置から）直接的に周囲に到達することができる。この配置構成の本発明の一つのヴァリエーションとして、直接的な流体連結部の代わりに音響的な伝達チャネルを設けることもでき、この音響的な伝達チャネルではダイアフラムが直接的な流体連結を遮断するが、しかしながらダイアフラムが共振することによって音響的な伝達を実現する。その種のダイアフラムとして例えば、車両外装の内側から超音波センサ素子によって励起され、その励起によって音波を周囲に放射する車両外装エレメントの区間が考えられる。反対に、その種のダイアフラム又はその種の流体連結部は周囲から中空部又は凹部へと向かう音波を超音波センサ素子に伝達させ、それにより音波信号を電気信号に変換することができる。必要に応じて、その種の配置構成は送信のためにのみ設けられている複数の超音波センサ素子に対して使用され、その場合、（ダイアフラムによって隔てられることなく、周囲と直接的に流体的に連結している）別の超音波センサ素子が受信のために設けられている。

更には、車両外装に対して空間的に所定の配向を有する方向特性を有する超音波センサ素子を設けることができる。この方向特性は、車両外装エレメント又は外面車両エレメントの一部に配向されている（例えば所定の閾値を超える感度又は強度もしくは振幅によって規定される）少なくとも一つの感応領域を有する。照射される車両エレメント又は車両外装エレメントに相対的な指向性の配向は超音波センサ素子を固定することによって得られる。車両外装エレメントが所期のように照射されることによって、外部に作用する適切な方向特性を表すことができる。しかしながらそれと同時に、超音波センサ素子は後方にずらされたままであるので、それによって空間的に所定の配置構成において機械的に保護されている。車両外装エレメント又は外面車両エレメントは、超音波センサ素子の感応領域の少なくとも一部を、直接接している周囲に対して遮蔽している。機械的な保護部を形成する遮蔽部が設けられているにもかかわらず、超音波センサ素子は流体連結部を介して（又は音響的な連結部を介して）音波を直接的に接している周囲から受信して変換することができるか、又は音波を直接的に周囲に放射することができる。

超音波センサ素子は部分的に又は完全に、車両外装又はそれに固定されている車両部品によって遮蔽されており、また少なくとも一つの超音波センサ素子は凹部又は中空部に固定されており、特に車両外装の内側外装エレメント上又は内側外装エレメント内に固定されている。この固定を直接的又は間接的に行なうことができる。内側外装エレメントは凹部又は中空部の一部、特に凹部又は中空部の底部区間を形成する。その種の内側外装エレメントとして例えば、ドアの内側フレーム区間又はカバーが考えられ、内側フレーム区間は通常の場合、カバーによって遮蔽されており、また車両に向けられた中空部又は凹部の底部を表す。

以下では、超音波センサ素子の本発明による配置構成に関する幾つかの具体的な例を説明する。例えば、凹部又は開かれた中空部を車両外装の換気グリル又はラジエータグリルによって形成することができる。この場合、超音波センサをグリルエレメントの間、又は換気グリルの裏側に配置することができ、それにより、換気グリル又はラジエータグリルが中空部を閉じるが、しかしながらグリル又はグリル構造の開口部によって周囲と音波の連結部を表している。換気グリル又はラジエータグリルの場合には、車両の内側との流体連結部が保証されている場合であっても、それらのグリルは同様に中断していない外面とみなされる。特に、エレメントの収容に使用されるグリルの規則的又は周期的な構造の中断部が中断部とみなされる。しかしながら、通常のグリル構造及び規則的なグリル開口部は外面の中断部とはみなされない。何故ならば、そのような構造又は開口部はグリル又はラジエータグリルの規則的な構造を中断しないからである。

択一的に、凹部又は中空部は車両外装における間隙によって形成され、この場合、間隙又は隔たりは可動の車両エレメントと固定の車両エレメントを別の可動又は固定の車両エレメントに隣接させて接合させることによって形成される。両車両エレメントが固定のものでも可動のものであっても良いが、接合によって間隙を形成する固定の車両エレメントと可動の車両エレメントを設けることもできる。二つの車両外装エレメントによる間隙を、一方では通用ドア、（例えばトランクルーム、タンクカバー又はボンネットの）カバーによって表すことができ、他方では所属の受け部又は所属のフレームによって表すことができる。更には、間隙が一方では開放部のノブによって形成され、他方では車両外装の開放部ノブの窪み又はノブ固定区間によって形成される。従って開放部ノブを車両外装に載置することができるか、又はノブの窪み内に設けることができる。いずれの場合にも、例えば開放機構のカバーによっても、包囲している車両外装に対する間隙並びに開かれた中空部も得られる。間隙を表すための別の例は、一方では固定又は可動（即ち位置調整可能な）のサイドミラーにあり、他方ではサイドミラーが収容されるミラーケーシングにある。異なる材料に基づき、また特に可動を実現するために、間隙はサイドミラープレートの外縁とケーシングシェルの内面との間に存在する。特に、超音波センサ素子も同様にミラーケーシングシェル内に設けることができ、また間隙によって音波を外部に向かって送信することができるか、又は外部からの音波を受信することができる。更には、間隙を、一方では車両外装の泥よけ、バンパ、カット部、装飾エレメント、トリム、ナンバープレート灯、それ用の固定エレメント、ラジエータグリル又はラジエータグリル固定エレメントによって形成することができ、他方ではそれに接続されている車両外装エレメント（又はその縁部）によって形成することができる。例えば、ラジエータグリルをフロントエプロンに当接させることができ、通常の場合は、その位置に間隙が生じ、その間隙の後方において本発明に従い超音波センサ素子を配置することができる。それらの例は特に、固定的に実装されている二つの車両外装エレメント間の間隙に関する。

間隙の構成に関する別の例は、一方ではランプケーシング又はヘッドライトケーシングによって表され、他方ではそれに接続されている外装エレメント、例えば、ヘッドライトケーシング用の空間が設けられている車両の金属薄板によって表される。実装過程に基づき、また異なる熱膨張係数を考慮するために、異なる材料又は構成要素間に間隙が設けられている。

最後に、間隙を一方ではホイールアーチの内側面によって表すことができ、他方では車輪によって表すことができる。車体の内部に取り付けられている超音波センサ素子は確かに非常に良好に保護されているが、しかしながら場合によっては、音波伝送時の障害がより大きくなるという欠点を有している。

発明の利点
超音波センサ素子自体は、実質的に電気機械的な素子（例えば圧電素子）及びそれと接続されている励起ダイアフラムとを備えた超音波変換器によって形成される。別のケースにおいては、圧電素子自体がダイアフラムを形成することができる。更には、超音波センサ素子が固定エレメント又は、音響的な影響を及ぼすためのエレメント、例えば所定の音響的な特性、共振を惹起させるために中空部を形成するエレメントを含むことができる。本発明に従い使用される超音波センサ素子の特別な実施の形態は音響ホーンを含み、この音響ホーンはダイアフラム面（即ち感応面）に取り付けられており、それによりダイアフラムから離れる音波、又はダイアフラムに到来する音波を収束させることができる。超音波センサ素子を車両の凹部又は中空部に配置することによって、有利には補償回路によって補償調整される、変換器の変更された伝播特性が生じるか、又は、少なくとも超音波信号の処理時に考慮される。更には、間隙の通過時に音波を変化させる回折に大きな影響を及ぼす間隙密度が特に考慮される。超音波センサ素子の方向特性、従って超音波センサ素子の配向をほぼ任意に選定することができる。第１の例においては、方向特性が凹部又は中空部から間隙又は流体連結部もしくは音波連結部に配向されているが、しかしながら、超音波センサ素子が配向されており、且つ、放射を間隙へと放射するために配置されている反射器も所期のように使用することができる。反射エレメントとして、付加的なエレメントを凹部又は中空部に取り付け、そこに固定することができる。第２の例においては、車両外装の内側面が、反射器として使用するために相応に成形されている。更なるケースは、所与の形状が変更されずに考慮され、また、超音波センサ素子の適切な配置によって反射器から間隙への音波の相応の放射が行なわれる、凹部又は中空部の内壁への超音波センサ素子の配向に関する。

音波を凹部又は中空部から直接的に接している周囲へと伝達することに適している、あらゆる流体連結部又は音響的な連結部を間隙とみなすことができる。流体連結部は必ず設けられていなければならないものではなく、むしろ一般的には、例えばセンサの励起ダイアフラムとは区別されるダイアフラムを介する音響的な連結部が設けられていれば十分で有り、その場合、ダイアフラムは更なる保護効果を生じさせる。何故ならば、例えば、内室がダイアフラムによって閉じられている場合には外部からの湿気は内室に進入することはできないからである。この関係において、中空部が外側に向かって開かれているということは、中空部が少なくとも音波に関しては外側に向かって開かれており、従って外部への伝達を実現する少なくとも一つの面区間によって規定されることを意味している。そのような面区間は直接的に接している周囲への流体連結部を含むことができるか、又は音波のみを伝達することができる音波連結部を含むことができるが、しかしながら、車両外装エレメントの一部によって形成される流体連結部、例えばダイアフラムには該当しない。

更に本発明は、少なくとも一つの超音波センサ素子の本明細書に記載された配置構成が使用される車両外装に超音波センサを組み込むための方法に関する。この組み込み方法は、第一に、超音波センサ装置に属する少なくとも一つの超音波センサ素子を設けるステップを備えている。超音波センサ素子は車両外装に固定され、特に車両外装内において、車両外装の見掛け上の外被（即ち、車両外装の外面）から後方にずらされた位置において固定される。超音波センサ素子は車両外装の凹部又は外側に向かって開かれている中空部内に固定され、この場合、凹部又は中空部は少なくとも一つの車両外装エレメントによって形成され、その外面は超音波センサ素子を収容するために中断されていない。これによって、超音波センサ素子を配置するためには構成されていない通常の車両外装エレメント、例えば、超音波センサ素子を収容することができるが、その目的以外には外装エレメントを配置するための動機は有していない孔、空所又は縁部の特別な形状によって構成されている車両外装エレメントを使用することができる。

特に本方法によれば、超音波センサ素子だけでなく、別の外装エレメント又は外面車両エレメントも窪みに固定される。特に、超音波センサ素子は窪み又は外面車両エレメントに固定されるか、もしくは、外装エレメント又は外面車両エレメントを窪みに固定する固定エレメントに固定される。それらの固定ステップを次々に連続して、又は実質的に同時に実施することができ、それによって固定ステップは効率的に構成される。超音波センサ素子を更に、二つの異なる車両外装エレメントによって形成された凹部に固定することができ、有利には、二つの異なる車両外装エレメント間の間隙の後方に固定することができる。このために、先ず超音波センサ素子が固定され、その後、車両外装エレメントが固定される。超音波センサ素子の後に固定されるそれらの車両外装エレメントは特に異なる材料（例えば金属薄板とプラスチック）から成るものであるか、又は相互に可動である、例えばドアフレームとドアである。この場合、超音波センサ素子の固定は簡単なものである。何故ならば、異なる車両外装エレメントはいずれにせよ必ず別個の固定ステップにおいて実装され、従って超音波センサ素子の固定のステップをこの実装ステップに簡単に統合することができるからである。

超音波センサ素子は、有利には車両外装によって覆われて、車両外装エレメントに固定され、この場合、超音波センサ素子の感応領域の少なくとも一部は車両外装の少なくとも一部又は車両外装エレメントによって遮蔽されるように配置される。このために、先ず超音波センサ素子が固定され、続いて車両外装エレメントが配置される。車両外装の代わりに外面車両エレメントも、超音波センサ素子の感応領域の少なくとも一部が覆われるように固定することができる。それによって、後続の実装ステップにおいては超音波センサ素子が外部の影響から保護されることが達成される。更には、超音波センサ素子が車両外装の直ぐ近くの周囲と流体的に連結して固定され、この流体的な連結は、例えば流体連結部を中断させるダイアフラムを介する、単なる音響的な連結部によっても設けることができる。これによって、超音波センサ素子を周囲と音響的に接触させるために外装において更なる作業ステップを実施する必要なく、実装後に超音波センサ素子を即座に使用できることが保証される。

本方法を特に、上記において詳細に説明した、車両外装又は外面車両エレメントの構成要素が上記において説明したやり方で固定され、例えばドア、カバー、開放部のノブ、サイドミラー、泥よけ、カット部、装飾エレメント又はラジエータグリルの固定時、もしくは、ヘッドライトケーシング又は車輪又はホイールアーチの固定時にも固定されることによって実施することができる。これによって、超音波センサ素子を固定するステップを、それらの素子の実装ステップに簡単に統合することができる。

更に本発明は、超音波を保護して送出するための方法に関し、この方法においては、音波が超音波センサ素子の励起によって形成され、その超音波の少なくとも一部が少なくとも一つの車両外装エレメント又は外面車両エレメントの内面（例えば突出した枠縁、遮蔽部等）に向かって放射される。特に、音波は部分的に、間隙又は隔たりによって、それに隣接している別の車両エレメントに対して間隔を空けて設けられている縁部へと送出される。この場合、音波が回折される、及び／又は、部分的に反射される。反射は、超音波の一部が先ず車両に向かって反射され、それに続いて内側の分配エレメントによって間隙を通過して外側に向かって放射されることも含む。この放射によって、車両外装エレメント又は外面車両エレメントを保護部として使用することができ、それと同時に超音波の放射も実現される。通常の間隙の幅と波長の比率は回折が生じるように選定されており、それによって例えば間隙をフラウンホーファー回折において点状放射器とみなすことができる。車両外装に設けられている複数の中空部又は凹部は間隙と共に、外部の音響的なエレメントを必要とすることなく、放射された音波を所期のように成形することができる。内側での取り付けによって変更される放射特性を補償ステップによって更に考慮することができる。この補償ステップは、車両外装の音響的な要因による伝送チャネルの歪みないし変形を再現し、超音波信号の信号処理時に補償が行なわれるようにそのような歪みないし変形を考慮する。

これに相補的に、本発明は更に、超音波を保護して受信するための方法に関し、この方法では超音波が車両外装エレメントの外面に入射し、間隙を通過して車両外装の内側へと進入し、そこにおいて超音波センサ素子によって変換される。車両外装の外面を通る伝送チャネルとして、少なくとも一つの間隙が設けられているが、開口部を設けることもできる。一般的に、隣接する二つの車両エレメント間の間隙並びに開口部、例えば車両外装又は外面車両エレメント（例えばサイドミラー）における開口部が音響的なチャネルとみなされる。このチャネルを同様に、超音波センサ素子から周囲への音響的な連結部によって設けることができ、この連結部ではチャネルが空間的に分離されたダイアフラムを含んでいる。音波を伝送する限りは、車両外装の一部もダイアフラムとみなすことができる。

二つの択一的な装置のヴァリエーションの第１の実施の形態を示す。 本発明による装置の二つの別の択一的な実施の形態を示す。 本発明による装置の二つの実施の形態のヴァリエーションを備えた別の実施の形態を示す。 本発明による装置の別の実施の形態のヴァリエーションを示す。 本発明による装置の別の実施の形態のヴァリエーションを示す。 ラジエータグリルに組み込まれた超音波センサ素子を示す。

図１には、間隙１４を介して相互に隔てられている二つの異なる車両外装エレメント１０，１２によって形成されている車両外装が示されている。この間隙１４には超音波センサ素子２０が設けられている。この超音波センサ素子２０は、実線の矢印によって表されているように、車両外装エレメント１０，１２の間の間隙１４を通過するように超音波を放射する。ここでは超音波センサ素子２０は、内側外装エレメント４０によって形成される凹部３０内に固定されている。代替的な配置構成は一点鎖線によって表されており、そのような代替的な配置構成においては、超音波センサ素子２０’が凹部３０内部において更に内側に後退した位置に固定されている。特に、超音波センサ素子２０を内側外装エレメント４０の底部区間４２に直接的に固定することもできる。破線で示されている放射の経過に基づいて、真ん中の放射は妨げられることなく車両外装エレメント１０，１２の間の間隙を通過するが、超音波エネルギの一部（放射の経過を表す矢印５０，５０’を参照されたい）は間隙１４を直接的に通過するのではなく、差し当たり反射されて、その後間隙１４から出射することが見て取れる。波長に基づき、実際には回折効果が生じるので、それにより矢印によって示されているような離散的な放射の経過は生じない。従って、矢印で表された経過５０，５０’は単に伝播方向をシンボリックに示しているに過ぎない。実際の実現形態においては、放射及び音波経過は回折効果、反射効果また特に干渉によって決定される。それにもかかわらず、間隙１４から外部へと作用する方向特性を、それらの効果を考慮することによって正確に予測することができる。（一点鎖線によって示されている）代替的な配置構成の音響ホーン２２は、センサ２０’の感応面／放射面に配置されており、車両外装エレメント１０，１２間の間隙１４へと配向されている。

図２は、本発明による配置構成の別のヴァリエーションを示し、このヴァリエーションにおいては、二つの車両外装エレメント１０，１２が間隙１４を形成し、この間隙１４を通過するように超音波センサ素子２０は音波を送受信することができる。ここでは超音波センサ素子２０は、管路を形成している偏向型内側外装エレメント４４，４４’内に配置されている。管路の一方の端部は、この管路に向かって放射を行う（矢印を参照されたい）超音波センサ素子２０によって閉じられる。内側外装エレメント４４，４４’によって形成される管路は音波を偏向させ、その偏向された音波を間隙１４へと配向させる。間隙１４において音波が放射される。内側外装エレメント４４，４４’内に超音波センサ素子２０を配置することによって超音波センサ素子は非常に保護されており、更には車両の内部への配線が簡略化されている。

図２には更に、代替的な配置構成として設けられている第２の超音波センサ素子２０’が一点鎖線によって示されている。この場合、超音波センサ素子２０’はオプションとしての音響ホーン２２を備えており、この音響ホーン２２は超音波センサ素子２０’の音波を集束し、先ず、車両外装エレメント１２の区間へと偏向させる。車両外装エレメント１２は超音波センサ素子２０’から放射された音波によって振動されるので、超音波センサ素子２０’から照射された車両外装エレメント１２の区間は音波エネルギを送出する（車両外装エレメント１２の右側の矢印を参照されたい）。このヴァリエーションにおいては、放射を受ける車両外装エレメント１２の区間全体が機械的な保護部として使用されるので、超音波センサ素子２０は非常に保護されている。上述のように、ここでは超音波センサ素子２０と周囲との間の直接的な流体連結部は存在せず、むしろ、周囲と超音波センサ素子２０との間の音響的な連結部が存在しており、この際、車両外装エレメント１２の放射を受ける区間はダイアフラムとして動作する。

図３には本発明の特別な実施の形態が示されており、この実施の形態においては超音波センサ素子２０がサイドミラー４６’のミラーケーシング４６内に固定されている。サイドミラー４６’自体は固定エレメント４６’’によって保持されており、この固定エレメント４６’’は可動式又は固定式にミラー４６’を保持している。ミラーケーシング４６には更に内部空間３０が設けられており、この内部空間３０内に超音波センサ素子２０（実線によって図示されている）が配置されている。超音波センサ素子２０は音響ホーン２２を有しており、この音響ホーン２２は放射される音響的な出力を方向付けるために使用される。差し当たり、超音波センサ素子２０は音響ホーン２２と共にサイドミラー４６’とミラーケーシング４６との間に設けられている間隙１４に配向されている。続いて間隙１４自体において、超音波センサ素子２０によって形成された出力が放射される（矢印を参照されたい）。ミラーケーシング４６は通常の場合、（必要とされる空力特性に基づいて）中空部３０を常に有しているので、通常のミラーケーシング４６を、間隙１４を介して周囲と連結されている中空部３０が形成されている外面車両エレメントの例として使用することができる。間隙１４はあらゆる通常のサイドミラー４６’、特に、ミラーケーシング４６に対するミラーエレメントの移動を実現するための可動のサイドミラー４６’に設けられている。

一点鎖線によって別の超音波センサ素子２０’が示されており、この別の超音波センサ素子２０’は直接的には間隙１４に向かって放射を行わない。むしろ、超音波センサ素子２０’もやはり音響ホーンを備えており、その音響ホーンは音波を間隙１４に偏向することに適している付加的な反射器２４に配向されている。確かに、超音波センサ素子２０の音波出力の一部もミラーケーシング４６の内面によって間隙１４へと反射されるが、しかしながら付加的な反射器２４によって音波を所期のように反射させることができる。付加的な反射器２４の代わりに、外側のミラーケーシング４６の自然な内側形状を形成して、間隙１４へと向かう適切な反射が生じるように超音波センサ素子２０に対して配向させることもできる。

図４には、ドアノブの窪み部分が中空部３０を形成している別の実施の形態が示されており、中空部３０の境界壁に超音波センサ素子２０が配置されている。ノブの表面部分によって回折効果が生じ、これは図４において概略的に示されている。波長に基づき急激な方向変化は生じず、むしろノブの外縁又は間隙１４自体をホイヘンスの原理に従い放射源と見なすことができる。図４には、ノブ部分の窪み並びにノブが相互に可動である二つの車両外装エレメント１０，１２に対応し、また中空部３０ないし凹部３０が設けられている。

図５には本発明による配置構成の別の実現可能性が示されており、ここでは車両外装エレメント１０の一部（例えばトランクリッドの頂面側）は車両外装エレメントを表す番号灯１２’の覆い板１２と共に中空部３０を形成し、この中空部３０に超音波センサ素子２０の感応面が接している。このケースにおいて車両外装エレメントを表している番号灯１２’の覆い板１２はいずれにせよトランクリッド１０に配置されているので、超音波センサ素子２０を配置するために、いずれにせよ設けられている開かれた中空部３０ないし凹部が形成される。超音波センサ素子２０は音波エネルギの一部を覆い板１２へと放射するが、音波エネルギの別の部分は直接的に外部へと伝播することが見て取れる。ここでもまた干渉及び回折効果が生じるので、覆い板１２の配置及びトランクリッド１０によって、所定の干渉状況が生じ、これによって所定の方向特性が得られる。もっとも、覆い板１２は単に音波を反射するだけで吸収は行わないことは明らかであるので、これによって、放射された音波出力は間接的に伝播するにもかかわらず殆ど損なわれない。

図６には、ラジエータグリル１０及びそれに接続されている車両外装エレメント１２が示されている。超音波センサ素子２０に関して、配置構成の四つの異なるヴァリエーションが得られる。

第１のヴァリエーションは、車両外装エレメント１０，１２によって形成される中空部３０内における、ラジエータグリルと大きく距離を置いた配置である。その位置は超音波センサ素子２０によって表されている。超音波センサ素子２０は音波をラジエータグリル１０へと放射し、ラジエータグリル１０はその開かれた構造に基づき、格子の種々の中間空間を通して音波を通過させ、外部に向かって送出することができる。この場合、ラジエータグリル１０が車両外装エレメントを表す。矢印６０はラジエータグリルを通過した後の放射を表し、矢印６２はラジエータグリル１０への放射を表す。

第２のヴァリエーションでは、ラジエータグリル１０の内面に超音波センサ素子２０’が実質的に直接配置されており、この場合、超音波センサ素子２０からの音波の放射はラジエータグリル１０の開かれた構造だけを介して行なわれるので、音波はラジエータグリル１０のその開かれた構造エレメントから放射される（矢印６４を参照されたい）。しかしながら、差し当たり全ての音波エネルギは、超音波センサ素子２０からの多数の開かれた構造を介する放射とは異なり、ラジエータグリル１０の実質的に単一の関連性のある開かれた構造へと送出される。

配置の第３のヴァリエーションでは、超音波センサ素子２０’’がラジエータグリル１０の開かれた構造の内部に設けられている。その位置から超音波センサ素子２０’’は音波を直接的に周囲へと送出する（超音波センサ素子２０’’から延びる矢印を参照されたい）。超音波センサ素子２０，２０’が車両外装エレメント１０，１２によって形成される中空部３０内に設けられているのに対し、超音波センサ素子２０’’は車両外装エレメント１０の開かれた構造の内部（ラジエータグリルの内部）に設けられている。中空部３０はこの場合、車両外装エレメント１０によってのみ表されるか、又はその開かれた構造によって表される。

図１から図５とは異なり、図６には、超音波センサ素子２０と周囲との間の流体連結部もしくはそれと同等の音響的な連結部が、車両外装エレメント１０，１２の接合によって形成されるか、又は、車両外装エレメント１０，１２の外被の形態（車両ナンバープレートの覆い板を参照）によって形成される開口部、空所又は間隙によって形成されるヴァリエーションではなく、車両外装エレメント１０，１２自体が透過性であり、音波が直接的に戻ってくることが予定されている配置構成のヴァリエーションが示されている。図６に示されている配置構成の第１及び第２のヴァリエーションにおいては、音波エネルギの全部分が差し当たり車両外装エレメント１０（ラジエータグリル）へと放射され、この車両外装エレメント１０を通過して音波が伝送される。この点において、図６の配置構成は図２の超音波センサ素子２０’の配置構成に類似するものであり、図２の配置構成においても全ての音波エネルギが先ず車両外装エレメント１２へと放射され、車両外装エレメント１２が共振によって音波を再び放射するので、従って車両外装エレメント１２は周囲と音波の連結部として使用される。

図１から図６に示した実施例は縮尺通りのものではない。特に、車両外装エレメント１０，１２の厚さは長さに比べて縮尺通りではない。同様に、超音波センサ素子２０の大きさは間隙の幅に比べて縮尺通りには示されておらず、特に、例えば図１においては超音波センサ素子２０及びその感応面は間隙の幅よりも遥かに大きく示されている。音波の伝播に有効な可逆性に基づき、上記において説明した、放射される音波信号に関する伝播経路は反対方向において受信する音波信号についても当てはまる。

Claims (11)

1. 少なくとも一つの超音波センサ素子（２０）を備えている超音波センサ装置を有している車両外装において、
   前記超音波センサ素子（２０）は、内側外装エレメント（４０）の凹部（３０）内に設けられているか、又は外側に向かって開かれている中空部（３０）内に設けられており、
   前記凹部（３０）又は前記外側に向かって開かれている中空部（３０）は少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）によって形成されており、該車両外装エレメント（１０，１２）の外面は前記超音波センサ素子（２０）を収容するためには途切れず連続していることを特徴とする、車両外装エレメント。
2. 前記凹部（３０）は、別の車両外装エレメント（１０，１２）又は外面車両エレメント（４６）を収容するために構成されている窪みによって形成されているか、又は、前記凹部（３０）又は前記中空部（３０）は、特に異なる材料から製造されている二つの異なる外面車両エレメント（４６，４６’）間の隔たり（１４）、特に間隙（１４）によって形成されている、請求項１に記載の車両外装エレメント。
3. 前記超音波センサ素子（２０）は、一方では前記凹部（３０）内部又は前記中空部（３０）内部において、前記車両外装エレメント（１０，１２）が直接的に接している周囲と直接的且つ流体的に連結しており、他方では車両外装エレメント（１０，１２）又は外面車両エレメント（４６）に配向されている少なくとも一つの感応領域を有する、前記車両外装に相対的に配置されている方向特性を有しているか、又は、前記車両外装エレメント（１０，１２）又は前記外面車両エレメント（４６）によって前記超音波センサ素子（２０）の感応領域の少なくとも一つの区間は、直接的に接触している周囲に対して遮蔽されている、請求項１又は２に記載の車両外装。
4. 前記超音波センサ素子（２０）から放射される音波出力は少なくとも部分的に、偏向エレメント（４４，４４’）によって前記車両外装エレメント（１０，１２）間の間隙（１４）の方向へと偏向される、請求項３に記載の車両外装。
5. 前記超音波センサ素子（２０）は前記車両外装の一区間又は一つの車両外装エレメント（１０，１２）によって部分的又は完全に遮蔽されており、前記超音波センサ素子（２０）は前記凹部（３０）内又は前記外側に向かって開かれている中空部（３０）内において、前記凹部（３０）又は前記中空部（３０）の一部、特に前記凹部（３０）又は前記中空部（３０）の底部区間（４２）を規定する前記車両外装の内側外装エレメント（４０）上又は内側外装エレメント（４０）内に直接的又は間接的に固定されている、請求項１に記載の車両外装。
6. 前記凹部（３０）又は前記外側に向かって開かれている中空部（３０）は、前記車両外装の換気グリル又はラジエータグリル内の開かれた構造によって形成されるか、又は、
   前記凹部（３０）又は前記外側に向かって開かれている中空部（３０）は、可動又は固定の車両外装エレメント（１０，１２）を別の可動又は固定の車両外装エレメント（１０，１２）へと接合させることによって形成される、特に、
   （ａ）一方は通用ドア、又はトランクルーム、タンクカバーもしくはボンネットのカバー、他方は所属の受け部によって形成されるか、又は、
   （ｂ）一方は開放部のノブ、他方は開放部のノブの窪み又は車両外装の開放部のノブの固定区間によって形成されるか、又は、
   （ｃ）一方は固定又は可動のサイドミラー（４６’，４６’’）、他方は該サイドミラーを収容するミラーケーシング（４６）によって形成されるか、又は、
   （ｄ）一方は車両外装の泥よけ、バンパ、カット部、装飾エレメント、トリム、ナンバープレート灯、ナンバープレート固定エレメント、ラジエータグリル、ラジエータグリル固定エレメント、他方はそれらに接続されている車両外装エレメント、例えばフロントエプロンによって形成されるか、又は、
   （ｅ）一方はランプケーシング、ヘッドライトケーシング、他方はそれらに接続されている車両外装エレメント（１０，１２）によって形成されるか、又は、
   （ｆ）一方はホイールアーチの内側面、他方は車輪によって形成される、
   車両外装における間隙（１４）によって形成される、請求項１に記載の車両外装。
7. 超音波センサ装置の少なくとも一つの超音波センサ素子（２０）を設けるステップと、
   前記超音波センサ素子（２０）を車両外装エレメント又は外面車両エレメント（１０，１２，４０，４２）に固定するステップとを備えている、車両外装に複数の超音波センサを組み込むための方法において、
   前記固定ステップは、前記超音波センサ素子（２０）を車両外装の凹部（３０）内又は外側に向かって開かれている中空部（３０）内に固定するステップを含み、前記超音波センサ素子（２０）が固定される前記凹部（３０）又は前記外側に向かって開かれている中空部（３０）は、前記超音波センサ素子（２０）を収容するためには途切れていない連続する外面を備えている少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）によって形成されることを特徴とする、車両外装に複数の超音波センサを組み込むための方法。
8. 前記超音波センサ素子（２０）を、別の車両外装エレメント（１０，１２）又は外面車両エレメント（４６）が固定されている窪み（３０）に固定するか、又は、
   前記超音波センサ素子（２０）を、特に異なる材料又は相互に可動の車両外装エレメント（１０，１２）から形成される二つの異なる車両外装エレメント（１０，１２）間の間隙（１４）によって形成されている凹部（３０）に固定する、請求項７に記載の方法。
9. 前記超音波センサ素子（２０）を前記車両外装エレメント（１０，１２）又は前記外面車両エレメント（４６）によって少なくとも部分的に覆い、前記超音波センサ素子（２０）の感応領域の少なくとも一部を前記固定によって、前記車両外装又は前記車両外装エレメント（１０，１２）の少なくとも一区間によって遮蔽し、前記超音波センサ素子（２０）の前記感応領域を前記固定によって、前記車両外装と直接的に接している周囲と流体的に連結させる、請求項７又は８に記載の方法。
10. 車両外装に固定されている超音波センサ素子（２０）から前記車両外装の周囲に超音波を保護して放射するための方法において、
    音波を前記超音波センサ素子（２０）の励起によって形成するステップと、
    前記超音波の少なくとも一部を、別の車両外装エレメント（１０，１２）に対して間隔を空けて設けられている縁部を有している少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）の内面へと放射するステップとを備えており、
    前記超音波を前記周囲に放射し、該放射は、前記車両外装エレメント（１０，１２）における前記超音波の回折及び／又は反射を含むことを特徴とする、超音波を保護して放射するための方法。
11. 車両外装に固定されている超音波センサ素子（２０）によって、前記車両外装の周囲から超音波を保護して受信するための方法において、
    別の車両外装エレメント（１０，１２）に対して間隔を空けて設けられている縁部を有している少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）の外面に入射する超音波を受信するステップを備えており、前記超音波は、少なくとも一つの車両外装エレメント（１０，１２）によって形成される凹部（３０）又は該凹部（３０）内に配置されている超音波センサ素子（２０）に入射し、該入射は前記車両外装エレメント（１０，１２）における前記超音波の回折及び／又は反射を含むことを特徴とする、超音波を保護して受信するための方法。

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