WO2012010363A1 - Fahrzeugverkleidung mit verdeckter ultraschallsensoranordnung und verfahren zur integration von ultraschallwandlern in fahrzeugverkleidungen - Google Patents

Fahrzeugverkleidung mit verdeckter ultraschallsensoranordnung und verfahren zur integration von ultraschallwandlern in fahrzeugverkleidungen Download PDF

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vehicle trim
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sensor element
trim
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Matthias Karl
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    • G01S2015/938—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Definitions

  • sensors for object recognition i.e., distance estimation
  • a sensor is placed in the outside of a motor vehicle, which emits waves and detects objects in the environment on the basis of the reflected waves.
  • sensors are especially suitable
  • Microwave sensors that emit and receive microwave pulses, as well as
  • Ultrasonic sensors that transmit and receive ultrasonic wave packets, and use time and other criteria to estimate distances.
  • Exterior surfaces of bumpers attached or in corresponding moldings by these are embedded in the surface or by spacers or
  • the sensor outer surface is direct by the attachment
  • the invention enables a much more flexible attachment of the sensors, at the same time these are protected even with stronger rear-end collisions.
  • the sensors can be fastened to almost any point in the vehicle, at least at significantly more points, as is the case with sensors that detect electromagnetic waves.
  • no additional work is required to mount a sensor in the vehicle trim; The elements of the vehicle trim itself remain largely untouched and need not be provided with precise recesses.
  • the present invention invisible to attach the sensors on the motor vehicle, so that the sensors are not an obstacle to the design of the vehicle.
  • the features necessary for mounting according to the invention are given in each vehicle trim already by the usual design of the vehicle trim, it can thus be used unprocessed standard parts, as used for vehicle panels, in which no sensors are to be attached. Furthermore, it is possible to use very powerful, large-area sensors, without being too large
  • the concept underlying the invention is therefore not to embed ultrasonic sensors directly in the surface of a vehicle trim panel, but to use existing gaps, gaps, cavities and recesses in order to allow the ultrasound to escape there.
  • the ultrasonic sensor element in turn is preferably to the outer surface of the vehicle trim inwardly to
  • Vehicle trim would not be functional, allows the recessed arrangement of the ultrasonic sensors that the wave generation takes place inwardly offset to the vehicle trim surface and the generated sound waves leak at existing gaps of the vehicle.
  • the physical principle is used, according to which only a fluid connection or acoustic connection must exist between transducer and sound space, which, however, by no means requires a completely free field of view, but that in principle any connection is suitable which allows pressure equalization and thus sound transmission.
  • Automotive trim includes many individual components that do not abut each other directly due to various materials or due to moving parts, but are secured such that smaller gaps result, for example, between doors and door frames. Such gaps are completely sufficient to allow the ultrasound to emerge, wherein, moreover, the transducer surface can be significantly larger than the gap width. Ultimately, the passage of sound through such a column attenuates only the sound, but at gap widths of more than 2 to 5 mm (or more than a half or a wavelength of the sound pulse, for example, more than about 3.7 or 7, 5 mm), this damping is too low to substantially affect the operation of the sensor.
  • a sensor is an ultrasonic transducer configured to transmit and receive to actively sample the environment.
  • the invention therefore provides a vehicle trim with a
  • Ultrasonic sensor arrangement which comprises one or more ultrasonic sensor elements. At least one of these ultrasonic sensor elements lies behind the
  • the recess or the outwardly open cavity may be formed by an outward bulge of the vehicle trim, such as a bulge for receiving the license plate or may be formed by a cavity which forms relative to the surface of the vehicle trim inside, for example behind a crack, which is defined by a door and an associated frame.
  • the recess or outwardly open cavity is formed by at least one vehicle trim element, i. in particular, a sheet metal or a plastic molding element, which forms a conventional part of a vehicle trim, but without departing from this conventional form for receiving a sensor.
  • the vehicle trim elements without cutouts or openings are provided, which serve only the arrangement of an ultrasonic sensor element, but the shape is in particular at the edge of the vehicle trim element to the shape of the adjacent
  • Vehicle trim element adapted and there is a continuous surface of the vehicle trim element, so that no
  • Break arises, which serves to receive an ultrasonic sensor element.
  • the outside of the vehicle trim element may be interrupted, for example, to other elements of the vehicle trim or exterior
  • Vehicle elements such as exterior mirrors record, but without special
  • Recesses or openings for receiving an ultrasonic sensor element whereby vehicle trim elements can be used, which are not specifically provided for receiving sensors. This simplifies manufacture and results in a positive design aspect. Above all, the fact that the outside does not absorb a
  • Ultrasonic sensor element is interrupted, the ultrasonic sensor element also not directly attached to an outside, thereby precluding that the ultrasonic sensor element directly mechanical stresses from the environment is exposed. Rather, the ultrasonic sensor element is arranged offset inwards (and thus protected). Alternatively, there are sections of the
  • Vehicle trim element which protrude and thus protect the ultrasonic sensor, especially in lighter impact accidents.
  • the recess is formed by a recess which serves to receive a further cladding element or an outer vehicle element.
  • the recess has two functions, namely the inclusion of the ultrasonic sensor element and also the inclusion of a further cladding element or outer vehicle element.
  • the ultrasonic sensor element is thus fastened together with a further cladding element or an outer vehicle element (for example, the license plate holder) in the recess, so that the recess and possibly also the other
  • Cladding element or the outer vehicle element a protection for the
  • the recess or the cavity may be formed by the shape of a single vehicle trim element.
  • the mold provides a vehicle-facing space that is in direct fluid contact with the surroundings of the vehicle trim to deliver the sound waves.
  • a fluid connection may also be provided a sound transmission connection in which, for example, a sheet or other plate acts as a membrane which, although a fluid-mechanical connection separates a compound, but acts sound transmitting by the plate or plate resonates, namely in
  • the recess or the cavity may be formed by two different vehicle trim elements, which may be connected to each other, for example, via a distance or via a gap.
  • the gap or the distance forms in this case, the fluid connection (which also has a
  • Membrane can be separated and then carried out as a sound transmitting connection).
  • Various vehicle trim elements that abut each other over the distance may be made of different materials, such as plastic and metal, or the various vehicle trim elements may be mutually movable vehicle trim elements. In both cases, a gap is usually provided, for example between a
  • Movable vehicle trim elements include a first element movable to the vehicle trim panel and a second,
  • Vehicle trim elements that are movable relative to each other.
  • Another aspect of the invention provides that the at least one
  • Ultrasonic sensor element in direct fluid communication with the immediate
  • an acoustic transmission channel may also be provided, in which a membrane is the direct one
  • Such a membrane may be, for example, a portion of a vehicle trim element that is from within the
  • Vehicle panel is excited by the ultrasonic sensor element, and radiates the sound through this excitation in the environment.
  • a membrane or such fluid communication can transmit sound from the environment into the cavity or into the recess into the ultrasonic sensor element, so that a sound signal can be converted into electrical signals.
  • this type of arrangement is used for ultrasonic sensor elements, which are provided only for transmission, with more
  • Ultrasonic sensor elements in direct fluid communication with the environment, without separation by membrane are provided for receiving.
  • the ultrasonic sensor element is provided with a directional characteristic which is in a spatially determined arrangement for vehicle trim, wherein the directional characteristic has at least one sensitive area (for example, defined by a sensitivity or intensity or amplitude above a certain threshold), which is on a part of a vehicle trim element or an outer vehicle element is directed.
  • the arrangement of the directional characteristic relative to the vehicle element or vehicle trim element, on which this radiates, results from the attachment of the ultrasonic sensor element.
  • a suitable, outward directional characteristic can be displayed, at the same time, however, the Ultrasonic sensor element remains offset to the rear and thus mechanically protected.
  • the vehicle trim element or the outer vehicle element conceals at least a portion of a sensitive area of the vehicle
  • Ultrasonic sensor element with respect to the immediate environment. Despite the cover which provides mechanical protection, the ultrasonic sensor element may still receive and convert sound from the immediate environment via fluid communication (or via the acoustic connection) or radiate sound into the immediate environment.
  • the ultrasonic sensor element is partially or completely concealed by a portion of the vehicle trim panel or a vehicle part attached thereto, and the at least one ultrasonic sensor element is mounted in the recess or cavity, particularly on or in an interior trim panel of the vehicle trim panel.
  • the attachment may be provided directly or indirectly.
  • the inner lining element forms part of the recess or a cavity, in particular a bottom portion of the recess or the
  • Such an interior trim element may, for example, be an inner frame section of a door or a flap, which is usually concealed by the flap, and represents the floor of the cavity or recess directed towards the vehicle.
  • the recess or the open cavity of a ventilation grille or a grille of the ultrasonic sensor element mentioned.
  • the ultrasonic sensor can be arranged between the grid elements or behind the ventilation grille, so that the ventilation grille or the grille closes off the cavity, but represents a sound connection to the environment through the opening of the grid or grill structure.
  • a ventilation grille or grille this is also considered as uninterrupted outside, even if a fluid connection is ensured to the interior of the vehicle.
  • an interruption of the regular or periodic structure of the grid is considered, which serves to receive the element.
  • the usual grid structures and the regular grid openings are not considered to interrupt the outside because they do not disrupt the regular structure of the grid or grille.
  • the recess or cavity is formed by a gap in the vehicle panel, the gap being formed by the adjacent meeting of a movable and a fixed one
  • Vehicle element to another movable or fixed vehicle element Both vehicle elements may be fixed, movable, or it may be a fixed and a movable vehicle trim element provided by
  • Vehicle trim elements can be represented by: a side door, a flap (for example, a trunk, gas cap or bonnet) on the one hand, and the associated stop or the associated frame
  • gaps are formed by a ⁇ ffnergriff on the one hand and a ⁇ ffnerg riffmulde or ⁇ ffnergriffbefest Trentsabêt the
  • the opener handle can thus on the
  • Vehicle trim be fitted or can be recessed in a recessed grip. In both cases arise, for example, by a cover of
  • Vehicle trim Another example illustrating the gap is a fixed or movable (i.e., adjustable) exterior mirror on the one hand and a mirror housing in which the exterior mirror is received. Due to the different materials and in particular to allow the movement, there is a gap between the outer edge of the outer mirror plate and the inside of the housing shell.
  • the ultrasonic sensor element may also be provided in the mirror housing shell and transmit sound through the gap to the outside or received from the outside.
  • the gap may be provided by a fender element of the vehicle trim panel, a bumper, a crossfade, a decorative element, a trim strip, a license plate light, a fastener therefor, a radiator grille or a grille fastener on the one hand and an adjoining vehicle trim element (or its edge ) are formed.
  • the radiator grille can encounter a front apron, whereby usually at this point a gap arises, behind which according to the invention
  • Ultrasonic sensor element can be arranged.
  • these examples relate to gaps between two fixed vehicle trim elements.
  • Another example of the formation of the column is provided by lights or headlamp housing on the one hand and an adjoining
  • Cladding element on the other hand, for example, a vehicle panel, is embedded in the space for the headlight housing. Due to assembly operations and to take into account different coefficients of thermal expansion, a gap is made between the different materials or components.
  • the gap can be represented by inner sides of wheel arches on the one hand and vehicle wheels on the other.
  • ultrasonic sensor elements are indeed very well protected, but may have the disadvantage of a greater interference in sound transmission.
  • the ultrasonic sensor element itself is formed by an ultrasonic transducer which essentially comprises an electromechanical element (for example a piezoelectric element) and an excitation membrane connected thereto. In other cases, the piezoelectric element itself can form the membrane.
  • the ultrasonic sensor element may comprise fastening elements or elements for influencing acoustics, for example cavity-forming elements, in order to produce specific acoustic properties, resonances.
  • the ultrasonic sensor elements used in the present invention include a horn attached to the membrane surface (i.e., the sensitive surface) for converging the sound away from the membrane or toward the membrane.
  • the arrangement of the ultrasonic sensor element in a recess or a cavity of a vehicle results in a modified transmission characteristic of the converter, which is preferably compensated by a compensation circuit, or which is taken into account at least in the processing of the ultrasonic signals.
  • the gap density is considered, which has a strong influence on the
  • the directional characteristic of the ultrasonic sensor element and thus the orientation of the ultrasonic sensor element can be chosen almost arbitrarily.
  • the directional characteristic of the recess or from the cavity forth on the gap or on the fluid connection or sound connection is aligned, but also reflectors can be used selectively, to which the Ultrasonic sensor element is directed, and which are arranged to radiate the beam to the gap.
  • reflectors can be used selectively, to which the Ultrasonic sensor element is directed, and which are arranged to radiate the beam to the gap.
  • an inner surface of the vehicle trim is shaped to serve as a reflector.
  • Further cases relate to an alignment of the ultrasonic sensor element on an inner wall of the recess or of the cavity, in which the given shape is taken into account unchanged and a suitable radiation of the sound from the reflector is provided on the gap by suitable arrangement of the ultrasonic sensor element.
  • any fluid connection or acoustic connection can be considered, which is suitable to transmit the sound from the recess or from the cavity into the immediate surroundings.
  • the fluid connection does not have to
  • outwardly open cavity means that it is open to the outside at least for the sound and thus is defined by at least one surface portion which allows transmission to the outside.
  • This area section can be a
  • Fluid communication relates, for example, a membrane formed by a portion of a vehicle trim element.
  • the invention further relates to a method for integrating ultrasonic sensors into a vehicle trim panel, in which the arrangements of the at least one ultrasonic sensor element described here are used.
  • the method of integration initially comprises the provision of the at least one
  • An ultrasonic sensor element belonging to an ultrasonic sensor arrangement is secured to the vehicle trim, in particular within the vehicle trim, set back from the outer imaginary envelope of the vehicle trim (i.e., opposite the outer surface of the vehicle trim)
  • the ultrasonic sensor element is in a Attached recess or in an outwardly open cavity of the vehicle trim, wherein the recess or the cavity of at least one
  • Vehicle trim element is formed, the outside of which is not interrupted for receiving the ultrasonic sensor element. This allows the use of conventional vehicle trim elements, not for the arrangement of the
  • Ultrasonic sensor element are configured, for example, through holes,
  • Recesses or by special formations of the edge which allow the inclusion of an ultrasonic sensor element, but have no cause in the arrangement of the distribution element except for this purpose.
  • the method provides, in particular, that not only the ultrasonic sensor element but also a further cladding element or an outer vehicle element is fastened in the recess.
  • a further cladding element or an outer vehicle element is fastened in the recess.
  • Ultrasonic sensor element is attached to the recess or to the outer vehicle element or to a fastening element which fixes the cladding element or the outer vehicle element in the recess. These attachment steps may be performed in quick succession or substantially simultaneously, thereby making the attachment step more efficient.
  • Ultrasonic sensor element may further be in one of two different
  • Vehicle trim elements formed recess are secured, preferably behind a gap between two different
  • Vehicle trim elements For this purpose, the ultrasonic sensor element is first attached and then the vehicle trim elements are attached.
  • vehicle trim elements which are attached after the ultrasonic sensor element, are in particular made of different materials (for example
  • Sheet metal and plastic are mutually movable, such as a door frame and a door.
  • Mounting steps are mounted, and thus the step of attaching the ultrasonic sensor element in these assembly steps can be easily integrated.
  • the ultrasonic sensor element is preferably covered by the
  • Vehicle trim attached to the vehicle trim element, wherein at least a portion of the sensitive area of the ultrasonic sensor element of at least a portion of the vehicle panel or the
  • Vehicle trim element is arranged concealed.
  • the ultrasonic sensor element is first attached, whereupon the vehicle trim is arranged.
  • the outer vehicle element may also be fastened in such a way that at least part of the sensitive area of the vehicle
  • Ultrasonic sensor element is covered. This ensures that in further assembly steps, the ultrasonic sensor element is protected from external influences. Further, the ultrasonic sensor element is mounted in fluid communication with the immediate vicinity of the vehicle trim panel, wherein the fluid communication may also be provided by a mere acoustic connection, for example via a diaphragm which breaks a fluid connection. This ensures that after assembly, the ultrasonic sensor element is operational, without further work steps must be made on the panel to provide the ultrasonic sensor element in acoustic contact with the environment.
  • Vehicle elements are fixed in the specified manner, for example in the attachment of the doors, the flaps, the ⁇ ffnergriffs, the exterior mirror, the
  • the step of attaching the ultrasonic sensor element can thereby be integrated in the assembly steps of these elements in a simple manner.
  • the invention further comprises a method for the secure delivery of
  • Ultrasonic sensor element are generated and at least a portion of the ultrasonic waves are radiated to an inner surface of at least one vehicle trim element or an outer vehicle element (for example, a protruding bar, cover or the like).
  • the sound waves are radiated in part on an edge, which is spaced by a gap or a distance from another vehicle element adjacent thereto.
  • the ultrasound waves are diffracted and / or partially reflected, wherein the reflection also includes that a part of the ultrasound waves first reflects toward the vehicle is then radiated by internal distribution elements to the outside through the gap.
  • Vehicle trim element or outer vehicle elements serve as protection, at the same time a radiation of the ultrasonic waves is possible.
  • the ratio of conventional gap width and wavelength is such that diffraction occurs so that, for example, the far-field-near column can be regarded as a spot radiator.
  • the cavities or recesses provided in the vehicle trim, together with the gap, provide a possibility of deliberately shaping the radiated sound without the need for external acoustic elements.
  • the radiation characteristic changed by the internal installation can be further taken into account by a step of compensating, wherein the step of compensating the distortion of the transmission channel by the acoustic
  • the invention further provides a method for the protected reception of ultrasonic waves, wherein the ultrasonic waves impinge on an outer surface of the vehicle trim element and enter through a gap in the interior of the vehicle trim to be converted there by the ultrasonic sensor element.
  • a transmission channel through the outside of the vehicle trim through at least one gap is provided or an opening.
  • Opening for example in the vehicle panel or in an outer
  • Vehicle element (exterior mirrors, for example), considered as an acoustic channel.
  • This channel can equally be provided by an acoustic connection from the ultrasonic sensor element to the environment, in which the channel comprises a spatially separating membrane.
  • the channel comprises a spatially separating membrane.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of two alternative arrangement variants
  • FIG. 2 shows two further alternative embodiments of the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment with two variants of the embodiment
  • FIG. 1 shows a vehicle trim that is formed by two different vehicle trim elements 10, 12, which are separated from one another by a gap 14.
  • an ultrasonic sensor element 20 is provided which radiates through the gap 14 between the vehicle trim elements 10 and 12 through ultrasonic waves, as shown by the solid arrows.
  • the ultrasonic sensor element 20 is fastened in a recess 30, which is formed by interior lining elements 40.
  • Recess 30 is attached.
  • the ultrasonic sensor element 20 may also be fastened directly to a bottom section 42 of the interior trim element 40.
  • the beam path shown in phantom, it can be seen that a central beam passes unhindered through the gap between the two
  • Vehicle trim elements 10, 12 passes, wherein a part of
  • Ultrasonic energy (see arrow line 50, 50 ') does not pass directly through the gap 14, but is first reflected and then exits the gap 14.
  • Horn 22 of the alternative arrangement is at the sensitive / radiating side of the sensor 20 'and is directed to the gap 14 between the vehicle trim elements 10, 12.
  • FIG. 2 shows a further variant of the invention according to the arrangement, wherein two vehicle trim elements 10, 12 form a gap 14 through which the ultrasonic sensor element 20 can transmit and receive sound.
  • the ultrasonic sensor element 20 is arranged in a diverting inner lining element 44, 44 ', which forms a channel.
  • the one end of the channel is completed by the ultrasonic sensor element 20, which radiates into the channel, see arrows.
  • the channel formed by the inner lining element 44, 44 ' deflects the sound wave and directs it towards the gap 14. The sound is emitted at the gap 14. Due to the arrangement of the ultrasonic sensor element 20 in the
  • FIG. 2 further illustrates with dashed lines a second ultrasonic sensor element 20, which is provided in an alternative arrangement. This includes the
  • Ultrasonic sensor element 20 ' an optional horn 22, which bundles the sound wave of the ultrasonic sensor element 20' and initially on a portion of the vehicle trim element 12. Since this is vibrated by the radiated sound, the portion of the vehicle trim element 12, which is irradiated by the ultrasonic sensor element 20 ', the sound energy from, see arrow to the right of vehicle trim element 12.
  • the portion of the vehicle trim element 12 which is irradiated by the ultrasonic sensor element 20 ', the sound energy from, see arrow to the right of vehicle trim element 12.
  • Ultrasonic sensor element 20 particularly protected, since the entire portion of the vehicle trim element 12, which is illuminated, serves as a mechanical protection. As already noted, there is no direct fluid connection between the ultrasonic sensor element 20 and the environment, but rather an acoustic connection exists between the surroundings and the ultrasonic sensor element 20, the irradiated section of the vehicle lining element 12 functioning as a membrane.
  • FIG. 3 shows a specific embodiment of the invention in which an ultrasonic sensor element 20 is fastened in a mirror housing 46 of an exterior mirror 46 '.
  • the exterior mirror 46 'itself is held by a fastener 46 "which movably or in a fixed manner supports the mirror 46'
  • Ultrasonic sensor element 20 (shown in solid lines) is arranged.
  • the ultrasonic sensor element 20 has a horn 22 which serves to align the radiated acoustic power.
  • the ultrasonic sensor element 20, together with the horn 22 directed to a gap 14 which is provided between the outer mirror 46 'and the mirror housing 46.
  • the power generated by the ultrasonic sensor element 20 is then emitted, see arrow.
  • conventional mirror housings 46 can be used as an example of an exterior vehicle element in which a cavity 30 is formed, which is connected via gap 14 to the environment.
  • the gap 14 is provided at each conventional outside mirror 46 ', particularly at movable exterior mirrors 46' to allow movement of the mirror element with respect to the mirror housing 46.
  • Dashed lines show another ultrasonic sensor element 20 'which does not radiate directly onto the gap 14. Rather, that includes
  • Ultrasonic sensor element 20 as well as a horn, which is directed to an additional reflector 24, which deflects the sound suitable to the gap 14. Although a part of the sound power of the ultrasonic sensor element 20 is reflected from the inside of the mirror housing 46 to the gap 14, however, allows the additional reflector 24, that the sound is selectively reflected. Instead of an extra
  • Reflector 24 may also be configured the natural inner shape of the outer mirror housing 46 and aligned with the ultrasonic sensor element 20 so that a suitable reflection to the gap 14 results.
  • FIG. 4 shows a further embodiment in which a recessed grip of a door handle forms a cavity 30 in its boundary wall
  • Ultrasonic sensor element 20 is arranged.
  • the outer part of the handle results in diffraction effects, which are shown schematically by the arrows of FIG. Due to the wavelength, there are no abrupt changes in direction, but the outer edge of the handle or the gap 14 itself according to the
  • Huygens' principle be regarded as a radiation source.
  • the recessed grip and the handle correspond to two vehicle trim elements 10, 12 which are movable relative to one another and which provide the cavity 30 or the recess 30.
  • FIG. 5 relates to a further realization possibility of the arrangement according to the invention, wherein a part of a vehicle trim element 10 (for example the head side of a trunk lid) forms a cavity 30, together with a facing 12 of a license plate light 12 'representing a vehicle trim element, within which the sensitive surface of an ultrasonic sensor element 20 abuts , Since a veneer 12 of the license plate light 12 ', which represents the vehicle trim element in this case, is arranged anyway on the tailgate 10, an already provided open cavity 30 or a recess is formed for the arrangement of the ultrasonic sensor element 20.
  • the ultrasonic sensor element 20 radiates a part of the sound energy to the veneer 12, but a further part penetrates directly to the outside. Since this in turn results in interference and diffraction effects, a definable interference situation is generated by the arrangement of the veneer 12 and the tailgate 10, which leads to a determinable directional characteristic. It will be appreciated, however, that the veneer 12 merely reflects the sound but does not absorb it, thereby not significantly affecting the radiated sound power despite the indirect propagation.
  • FIG. 6 shows a radiator grille 10 and an adjoining one
  • Vehicle trim element 12 shown.
  • the ultrasonic sensor element 20 four different variants of the arrangement result.
  • the first variant provides an arrangement within the cavity 30, which is formed by the vehicle trim elements 10, 12, and at a significant distance from a radiator grille. This position is represented by the ultrasonic sensor element 20.
  • the ultrasonic sensor element 20 radiates sound onto the radiator grille 10, which due to its open structure allows the sound to pass through different interspaces of the grating and radiates outwards, and in this case the
  • the arrows 60 show the radiation after passing through the grille, wherein the arrows 62 represent the radiation to the radiator grille 10.
  • the second variant is the arrangement of the ultrasonic sensor element 20 'in FIG.
  • the Ultrasonic sensor element 20 Essentially directly on the inside of the grille 10, wherein the Ultrasonic sensor element 20 only emits sound through an open structure of the grille 10, so that the sound is emitted from this open structural element of the radiator grill 10, as shown by the arrows 64. First, however, the total sonic energy is radiated substantially into a single contiguous open structure of the radiator grille 10, as opposed to the irradiation of a plurality of open structures by the ultrasonic sensor element 20.
  • the third arrangement variant is shown with the ultrasound sensor element 20 ", which is located within an open structure of the radiator grille 10. From there it emits the sound directly into the environment, see arrow starting from the ultrasound sensor element 20". While the ultrasonic sensor elements 20, 20 'are provided within the cavity 30, which of the
  • the ultrasonic sensor element 20 is provided inside an open structure of the vehicle trim element 10 (inside the radiator grille).
  • the cavity 30 is represented by only one vehicle trim element 10 or its open structure.
  • Ultrasonic sensor element 20 and the environment is not formed by openings, gaps or gaps, which is characterized by the collision of
  • Vehicle trim elements 10, 12 are formed or which are formed by an outer enveloping shape of a vehicle trim element 10, 12 (see veneering of the motor vehicle license plate), but an arrangement variant in which the vehicle trim element 10, 12 is itself permeable and provides a direct return connection. In the first and second arrangement variant of Figure 6, the entire portion of the sound energy is first on the
  • Vehicle trim element 10 (the grille) radiated through which the sound is transported.
  • Figure 6 is similar to the arrangement of the ultrasonic sensor element 20 'of Figure 2, in which the entire sound energy is first radiated to the vehicle trim element 12, which passes the sound by swinging and thus serves as a sound connection to the environment.
  • the examples shown in FIGS. 1 to 6 are not shown to scale.
  • the thickness of the vehicle trim elements 10, 12 is not to scale to the length.
  • the size of the ultrasonic sensor element 20 is not shown to scale to the gap width, in particular, for example, in Figure 1, the ultrasonic sensor element 20 and its sensitive surface may be provided significantly larger than the gap width. Due to the reversibility applicable to sound propagation, the previously described propagation paths for sound signals to be transmitted in the reverse direction also apply to sound signals to be received.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugverkleidung mit einer Ultraschallsensoranordnung. Die Ultraschallsensoranordnung umfasst mindestens ein Ultraschallsensorelement (20), das in einer Ausnehmung oder einem nach außen offenen Hohlraum (30) der Fahrzeugverkleidung vorgesehen ist. Die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30) wird von mindestens einem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildet, dessen Außenseite nicht zur Aufnahme des Ultraschallsensorelements (20) unterbrochen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Integration von Ultraschallsensoren in eine Fahrzeugverkleidung. Mindestens ein Ultraschallsensorelement (20) einer Ultraschallsensoranordnung wird an der Fahrzeugverkleidung befestigt. Das Ultraschallsensorelement (20) wird in einer Ausnehmung (30) oder in einem nach außen offenen Hohlraum (30) der Fahrzeugverkleidung befestigt, wobei die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30), in der bzw. dem das Ultraschallsensorelement (20) befestigt wird, von mindestens einem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildet wird, dessen Außenseite nicht zur Aufnahme des Ultraschallsensorelements (20) unterbrochen ist. Die Erfindung betrifft schließlich Verfahren zum geschützten Abgeben und Empfangen von Ultraschallwellen.

Description

Beschreibung Titel
Fahrzeugverkleidung mit verdeckter Ultraschallsensoranordnung und Verfahren zur Integration von Ultraschallwandlern in Fahrzeugverkleidungen
Stand der Technik
Die Verwendung von Sensoren zur Objekterkennung (d.h. zur Abstandsschätzung) ist in der Kraftfahrzeugtechnik weit verbreitet. Hierbei wird ein Sensor in der Außenseite eines Kraftfahrzeugs platziert, der Wellen abgibt und anhand der zurückgestrahlten Wellen Objekte in der Umgebung erfasst. Als Sensoren eignen sich vor allem
Mikrowellensensoren, die Mikrowellenimpulse abgeben und empfangen, sowie
Ultraschallsensoren, die Ultraschallwellenpakete senden und empfangen, und es anhand der Laufzeit und anderer Kriterien ermöglichen, Abstände abzuschätzen.
In der Kfz-Technik dominieren Ultraschallsensoren den Markt, die in die Außenfläche des Kraftfahrzeugs eingelassen sind. Diese Sensoren sind üblicherweise in den
Außenflächen von Stoßfängern befestigt oder in entsprechenden Zierleisten, indem diese in die Oberfläche eingelassen sind oder durch Zwischenstücke oder
Hinterwandbefestigungen in den Stoßfängern bzw. Zierleisten befestigt sind. Zum einen erfordert diese Art von Befestigung zusätzliche Schritte, mit denen zunächst Aussparungen in den Stoßfängern erzeugt werden, wobei weitere
Befestigungselemente in komplexer Weise angebracht werden müssten, um die Sensoraußenfläche plan mit der Stoßfängeraußenfläche zu gestalten. Neben den Nachteilen hinsichtlich der Verarbeitung ergeben sich Nachteile gestalterischer Art, da diese Befestigungstechnik notwendigerweise zu einer Störung der äußeren
Erscheinung des Fahrzeugs führt.
Darüber hinaus ist durch die Befestigung die Sensoraußenfläche unmittelbar
Umwelteinflüssen ausgesetzt und selbst bei geringfügigen Belastungen des
Stoßfängers ergeben sich starke Kräfte, die auf den mechanisch sensiblen Sensor wirken. Es kann kein mechanischer Schutz für die Sensoren angebracht werden, da dieser bei den auf der Fahrzeugoberfläche angebrachten Sensoren deutlich sichtbar wäre und den Designwünschen der Fahrzeughersteller entgegenliefe. Aufgrund dessen sind heutige Ultraschallsensoren zum besseren mechanischen Schutz stets mit einer sehr steifen Membran ausgestattet, wodurch aufgrund der physikalischen Gesetze der Betrieb der Sensoren nur in einem sehr engen
Frequenzbereich möglich ist. Darüber hinaus beschränkt die Anordnung der Sensoren auf der Fahrzeugoberfläche aufgrund der nicht vernachlässigbaren Laufzeit üblicher Sendesignale die
Nahmessfähigkeit. So können Objekte, die näher als 20 cm an den Sensoren sind, zumeist nicht mehr erkannt werden. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine deutlich flexiblere Befestigung der Sensoren, wobei gleichzeitig diese selbst bei stärkeren Auffahrunfällen geschützt sind. Darüber hinaus können die Sensoren aufgrund des geringen Platzbedarfs an nahezu jeder Stelle des Fahrzeugs befestigt werden, zumindest an deutlich mehr Stellen, wie es bei Sensoren der Fall ist, die elektromagnetische Wellen detektieren. Insbesondere sind keine zusätzlichen Arbeiten notwendig, um einen Sensor in der Fahrzeugverkleidung anzubringen; die Elemente der Fahrzeugverkleidung selbst bleiben weitestgehend unberührt und müssen nicht mit präzisen Aussparungen versehen werden.
Insbesondere ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Sensoren unsichtbar am Kraftfahrzeug anzubringen, so dass die Sensoren kein Hindernis für das Design des Fahrzeugs sind. Die zur erfindungsgemäßen Befestigung notwendigen Merkmale sind in jeder Fahrzeugverkleidung bereits durch die übliche Ausgestaltung der Fahrzeugverkleidung gegeben, es können somit unbearbeitete Standardteile verwendet werden, wie sie für Fahrzeugverkleidungen verwendet werden, in denen keine Sensoren zu befestigen sind. Ferner ist es möglich, besonders leistungsstarke, großflächige Sensoren zu verwenden, ohne dass dies zu großflächigen
Unterbrechungen in der Oberfläche der Fahrzeugverkleidung führen würde, wobei derartige Unterbrechungen in einer Fahrzeugverkleidung die mechanische Stabilität der Verkleidung beeinträchtigt. Die der Erfindung zugrunde liegende Überlegung ist es, dass im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen Schall- oder Strahlenwellen den Vorteil haben, dass diese von üblichen Fahrzeugverkleidungselementen nicht absorbiert, sondern lediglich gebeugt, umgelenkt oder auf andere Punkte fokussiert werden. Die Erfindung nutzt diese Vorzüge, indem diese die Ausbreitungseigenschaften von Schallwellen berücksichtigt und diese genutzt werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept ist es daher, Ultraschallsensoren nicht unmittelbar in der Oberfläche einer Fahrzeugverkleidung einzubetten, sondern bereits vorhandene Spalte, Zwischenräume, Hohlräume und Ausnehmungen zu verwenden, um den Ultraschall dort austreten zu lassen. Das Ultraschallsensorelement wiederum ist vorzugsweise zu der Außenfläche der Fahrzeugverkleidung nach innen zum
Fahrzeug hin versetzt, wodurch sich automatisch ein wesentlicher mechanischer Schutz ergibt. Im Gegensatz zu Mikrowellen detektierenden Sensoren, die derart zur Außenfläche der Fahrzeugverkleidung versetzt durch die Absorption der
Fahrzeugverkleidung nicht funktionsfähig wären, ermöglicht die zurückgesetzte Anordnung der Ultraschallsensoren, dass die Wellenerzeugung nach innen versetzt zur Fahrzeugverkleidungsoberfläche stattfindet und die erzeugten Schallwellen an bereits vorhandenen Lücken des Fahrzeugs austreten. Hierbei wird das physikalische Prinzip verwendet, wonach zwischen Wandler und Schallraum nur eine Fluidverbindung oder akustische Verbindung bestehen muss, die jedoch keineswegs ein vollkommen freies Sichtfeld erfordert, sondern dass prinzipiell jede Verbindung geeignet ist, die einen Druckausgleich und somit einen Schallübertrag ermöglicht. Eine
Kraftfahrzeugverkleidung umfasst viele einzelne Komponenten, die aufgrund verschiedener Materialien oder aufgrund beweglicher Teile nicht unmittelbar aneinander stoßen, sondern derart befestigt sind, dass sich kleinere Spalte ergeben, beispielsweise zwischen Türen und Türrahmen. Derartige Spalte sind vollkommen ausreichend, um den Ultraschall austreten zu lassen, wobei zudem die Wandlerfläche deutlich größer sein kann als die Spaltbreite. Letztendlich wird durch den Durchgang des Schalls durch eine derartige Spalte lediglich der Schall gedämpft, jedoch bei Spaltbreiten von mehr als 2 bis 5 mm (bzw. mehr als eine halbe oder eine Wellenlänge des Schallpulses, beispielsweise mehr als ca. 3,7 oder 7,5 mm) ist diese Dämpfung zu gering, um den Betrieb des Sensors substantiell zu beeinträchtigen. Als Sensor wird ein Ultraschallwandler bezeichnet, der zum Senden und Empfangen eingerichtet ist, um die Umgebung aktiv abzutasten.
Die Erfindung sieht daher eine Fahrzeugverkleidung mit einer
Ultraschallsensoranordnung vor, die ein oder mehrere Ultraschallsensorelemente umfasst. Mindestens eines dieser Ultraschallsensorelemente liegt hinter der
Oberfläche der Fahrzeugverkleidung, d.h. in einer Ausnehmung oder einem nach außen geöffneten Hohlraum der Fahrzeugverkleidung. Die Ausnehmung bzw. der nach außen offene Hohlraum kann von einer nach außen gerichteten Auswölbung der Fahrzeugverkleidung gebildet sein, beispielsweise einer Auswölbung zur Aufnahme des Nummernschilds oder kann von einem Hohlraum gebildet sein, der sich relativ zu der Oberfläche der Fahrzeugverkleidung nach innen ausbildet, beispielsweise hinter einer Ritze liegt, die durch eine Tür und einen zugehörigen Rahmen definiert ist. Die Ausnehmung bzw. der nach außen offene Hohlraum wird von mindestens einem Fahrzeugverkleidungselement gebildet, d.h. insbesondere von einem Blech- oder einem Kunststoffformelement, das einen üblichen Teil einer Fahrzeugverkleidung bildet, ohne jedoch lediglich zur Aufnahme eines Sensors von dieser üblichen Form abzuweichen. Mit anderen Worten, sind die Fahrzeugverkleidungselemente ohne Ausschneidungen oder Öffnungen vorgesehen, die lediglich der Anordnung eines Ultraschallsensorelements dienen, vielmehr ist die Form insbesondere am Rand des Fahrzeugverkleidungselements an die Form des benachbarten
Fahrzeugverkleidungselements angepasst und es besteht dahingehend eine durchgehende Oberfläche des Fahrzeugverkleidungselements, so dass keine
Unterbrechung entsteht, die der Aufnahme eines Ultraschallsensorelements dient. Die Außenseite des Fahrzeugverkleidungselements kann zwar unterbrochen sein, beispielsweise, um weitere Elemente der Fahrzeugverkleidung oder äußere
Fahrzeugelemente wie Außenspiegel aufzunehmen, jedoch ohne spezielle
Ausnehmungen oder Öffnungen zur Aufnahme eines Ultraschallsensorelements, wodurch Fahrzeugverkleidungselemente verwendet werden können, die nicht spezifisch zur Aufnahme von Sensoren vorgesehen sind. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht, und es ergeben sich positive Aspekte hinsichtlich des Designs. Vor allem jedoch wird dadurch, dass die Außenseite nicht zur Aufnahme eines
Ultraschallsensorelements unterbrochen ist, das Ultraschallsensorelement auch nicht unmittelbar an einer Außenseite befestigt, wodurch ausgeschlossen ist, dass das Ultraschallsensorelement unmittelbar mechanischen Belastungen aus der Umgebung ausgesetzt ist. Vielmehr ist das Ultraschallsensorelement nach innen versetzt (und folglich geschützt) angeordnet. Alternativ bestehen Abschnitte des
Fahrzeugverkleidungselements, die hervorstehen und somit den Ultraschallsensor schützen, insbesondere bei leichteren Aufprallunfällen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Ausnehmung durch eine Vertiefung gebildet, die zur Aufnahme eines weiteren Verkleidungselements oder eines äußeren Fahrzeugelements dient. Damit hat die Ausnehmung zwei Funktionen, nämlich die Aufnahme des Ultraschallsensorelements und auch die Aufnahme eines weiteren Verkleidungselements oder äußeren Fahrzeugelements. Das Ultraschallsensorelement wird somit zusammen mit einem weiteren Verkleidungselement oder einem äußeren Fahrzeugelement (beispielsweise der Nummernschildhalterung) in der Ausnehmung befestigt, so dass die Vertiefung und gegebenenfalls auch das weitere
Verkleidungselement bzw. das äußere Fahrzeugelement einen Schutz für das
Ultraschallsensorelement bilden. Die Ausnehmung bzw. der Hohlraum kann durch die Form eines einzelnen Fahrzeugverkleidungselements gebildet sein. Die Form bietet einen zum Fahrzeug hin gerichteten Raum, der in unmittelbarem Fluidkontakt zu der Umgebung der Fahrzeugverkleidung steht, um die Schallwellen abgeben zu können. Anstatt einer Fluidverbindung kann auch eine Schallübertragungsverbindung vorgesehen sein, in der beispielsweise ein Blech oder eine andere Platte als Membran wirkt, das zwar in fluidmechanischer Hinsicht eine Verbindung trennt, jedoch Schall übertragend wirkt, indem das Blech bzw. die Platte mitschwingt, nämlich in
Schwingungen versetzt werden kann. Als Alternative kann die Ausnehmung oder der Hohlraum gebildet sein durch zwei unterschiedliche Fahrzeugverkleidungselemente, die beispielsweise über einen Abstand bzw. über einen Spalt miteinander verbunden sein können. Den Spalt bzw. den Abstand bildet in diesem Fall die Fluidverbindung (welche auch über eine
Membran getrennt sein kann und dann als Schall übertragende Verbindung ausgeführt wird). Verschiedene Fahrzeugverkleidungselemente, die über den Abstand aneinander stoßen, können aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein, beispielsweise aus Kunststoff und Metall, oder die verschiedenen Fahrzeugverkleidungselemente können zueinander bewegliche Fahrzeugverkleidungselemente sein. In beiden Fällen wird üblicherweise ein Spalt vorgesehen, beispielsweise zwischen einem
Scheinwerfergehäuse und der umgebenden Blechverkleidung, oder zwischen einer Tür und dem Rahmen. Zueinander bewegliche Fahrzeugverkleidungselemente umfassen ein erstes, zur Fahrzeugverkleidung bewegliches Element und ein zweites,
feststehendes Element, oder auch zwei zur Fahrzeugverkleidung bewegliche
Fahrzeugverkleidungselemente, die relativ zueinander beweglich sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine
Ultraschallsensorelement in direkter Fluidkommunikation mit der unmittelbaren
Umgebung der Fahrzeugverkleidung steht. Dadurch kann die Schallwelle unmittelbar vom Ultraschallsensor (d.h. von einem Ort innerhalb der Ausnehmung oder innerhalb des Hohlraums) unmittelbar zur Umgebung gelangen. Als eine erfindungsgemäße Variante hiervon kann anstatt der direkten Fluidkommunikation auch ein akustischer Übertragungskanal vorgesehen sein, bei der eine Membran die unmittelbare
Fluidkommunikation unterbricht, jedoch eine akustische Übertragung dadurch zulässt, dass die Membran mitschwingt. Eine derartige Membran kann beispielsweise ein Abschnitt eines Fahrzeugverkleidungselements sein, der von innerhalb der
Fahrzeugverkleidung von dem Ultraschallsensorelement angeregt wird, und der durch diese Anregung den Schall in die Umgebung abstrahlt. Umgekehrt kann eine derartige Membran bzw. eine derartige Fluidkommunikation Schall von der Umgebung in den Hohlraum bzw. in die Ausnehmung hinein zum Ultraschallsensorelement übertragen, so dass ein Schallsignal in elektrische Signale umgewandelt werden kann.
Gegebenenfalls wird diese Art der Anordnung für Ultraschallsensorelemente verwendet, die nur zum Senden vorgesehen sind, wobei weitere
Ultraschallsensorelemente (in direkter Fluidkommunikation mit der Umgebung, ohne Trennung durch Membran) zum Empfang vorgesehen sind.
Weiterhin ist das Ultraschallsensorelement mit einer Richtcharakteristik vorgesehen, die in einer räumlich bestimmten Anordnung zur Fahrzeugverkleidung steht, wobei die Richtcharakteristik zumindest einen sensitiven Bereich aufweist (beispielsweise definiert durch eine Empfindlichkeit oder Intensität bzw. Amplitude über einem bestimmten Schwellwert), der auf einen Teil eines Fahrzeugverkleidungselements oder eines äußeren Fahrzeugelements gerichtet ist. Die Anordnung der Richtcharakteristik relativ zu dem Fahrzeugelement oder Fahrzeugverkleidungselement, auf das dieses strahlt, ergibt sich durch die Befestigung des Ultraschallsensorelements. Durch das gezielte Bestrahlen eines Fahrzeugverkleidungselements kann eine geeignete, nach außen wirkende Richtcharakteristik dargestellt werden, wobei gleichzeitig jedoch das Ultraschallsensorelement nach hinten versetzt bleibt und dadurch mechanisch geschützt ist. Das Fahrzeugverkleidungselement oder das äußere Fahrzeugelement verdeckt zumindest einen Abschnitt eines sensitiven Bereichs des
Ultraschallsensorelements gegenüber der unmittelbaren Umgebung. Trotz der Abdeckung, die einen mechanischen Schutz bildet, kann das Ultraschallsensorelement dennoch über die Fluidkommunikation (oder über die akustische Verbindung) Schall von der unmittelbaren Umgebung aufnehmen und umwandeln bzw. Schall in die unmittelbare Umgebung abstrahlen. Das Ultraschallsensorelement ist teilweise oder vollständig verdeckt durch einen Abschnitt der Fahrzeugverkleidung oder eines daran befestigten Fahrzeugteils, und das mindestens eine Ultraschallsensorelement ist in der Ausnehmung oder dem Hohlraum befestigt, insbesondere auf oder in einem Innenverkleidungselement der Fahrzeugverkleidung. Die Befestigung kann mittelbar oder unmittelbar vorgesehen sein. Das Innenverkleidungselement bildet einen Teil der Ausnehmung oder eines Hohlraums, insbesondere einen Bodenabschnitt der Ausnehmung bzw. des
Hohlraums. Ein derartiges Innenverkleidungselement kann beispielsweise ein innerer Rahmenabschnitt einer Tür oder eine Klappe sein, der üblicherweise von der Klappe verdeckt ist, und den zum Fahrzeug hin gerichteten Boden des Hohlraums bzw. der Ausnehmung darstellt.
Im Folgenden sind einige konkrete Beispiele für die erfindungsgemäße Anordnung des Ultraschallssensorelements genannt. Beispielsweise kann die Ausnehmung bzw. der offene Hohlraum von einem Belüftungsgitter oder einem Kühlergrill der
Fahrzeugverkleidung gebildet sein. In diesem Fall kann der Ultraschallsensor zwischen den Gitterelementen oder hinter dem Belüftungsgitter angeordnet sein, so dass das Belüftungsgitter bzw. der Kühlergrill den Hohlraum abschließt, jedoch durch die Öffnung der Gitter bzw. Grillstruktur eine Schallverbindung zur Umgebung darstellt. Im Falle eines Belüftungsgitters bzw. Kühlergrills wird dieses ebenso als ununterbrochene Außenseite angesehen, auch wenn eine Fluidverbindung zum Inneren des Fahrzeugs gewährleistet ist. Als Unterbrechung wird insbesondere eine Unterbrechung der regelmäßigen oder periodischen Struktur des Gitters angesehen, die zur Aufnahme des Elements dient. Jedoch werden die üblichen Gitterstrukturen und die regelmäßigen Gitteröffnungen nicht als Unterbrechung der Außenseite angesehen, da diese die regelmäßige Struktur des Gitters bzw. des Kühlergrills nicht unterbrechen. Alternativ wird die Ausnehmung oder der Hohlraum gebildet von einer Spalte in der Fahrzeugverkleidung, wobei die Spalte bzw. der Abstand gebildet wird durch das benachbarte Aufeinandertreffen eines beweglichen und eines festen
Fahrzeugelements auf ein weiteres bewegliches oder festes Fahrzeugelement. Beide Fahrzeugelemente können fest sein, beweglich sein, öder es kann ein festes und ein bewegliches Fahrzeugverkleidungselement vorgesehen sein, die durch
Aufeinandertreffen die Spalte bilden. Die Spalte durch zwei
Fahrzeugverkleidungselemente können dargestellt werden durch: eine Seitentür, eine Klappe (beispielsweise eines Kofferraums, Tankdeckels oder einer Motorhaube) einerseits, und den zugehörigen Anschlag bzw. den zugehörigen Rahmen
andererseits. Ferner werden die Spalte gebildet durch einen Öffnergriff einerseits und eine Öffnerg riffmulde oder einen Öffnergriffbefestigungsabschnitt der
Fahrzeugverkleidung andererseits. Der Öffnergriff kann somit auf der
Fahrzeugverkleidung aufgesetzt sein oder kann in eine Griffmulde versenkt sein. In beiden Fällen ergeben sich, beispielsweise auch durch eine Abdeckung der
Öffnermechanik, ein Spalt sowie ein offener Hohlraum zur umgebenden
Fahrzeugverkleidung. Ein weiteres Beispiel zur Darstellung des Spalts besteht in einem festen oder beweglichen (d.h. justierbaren) Außenspiegel einerseits und einem Spiegelgehäuse, in dem der Außenspiegel aufgenommen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Materialien und insbesondere zur Ermöglichung der Bewegung, besteht ein Spalt zwischen dem Außenrand der Außenspiegelplatte und der Innenseite der Gehäuseschale. Hierbei kann insbesondere das Ultraschallsensorelement ebenso in der Spiegelgehäuseschale vorgesehen sein und durch den Spalt Schall nach außen senden oder von außen empfangen. Ferner kann der Spalt durch ein Kotflügelelement der Fahrzeugverkleidung, einen Stoßfänger, eine Überblendung, ein Zierelement, eine Zierleiste, eine Kfz-Kennzeichenleuchte, ein Befestigungselement hierfür, einen Kühlergrill oder ein Kühlergrill-Befestigungselement einerseits und einem sich daran anschließenden Fahrzeugverkleidungselement (bzw. dessen Rand) gebildet werden. Beispielsweise kann der Kühlergrill auf eine Frontschürze stoßen, wobei üblicherweise an dieser Stelle ein Spalt entsteht, hinter dem erfindungsgemäß das
Ultraschallsensorelement angeordnet werden kann. Diese Beispiele betreffen insbesondere Spalte zwischen zwei fest montierten Fahrzeugverkleidungselementen. Ein weiteres Beispiel für die Ausbildung der Spalte wird vorgesehen durch Leuchtenoder Scheinwerfergehäuse einerseits und einem sich daran anschließenden
Verkleidungselement andererseits, beispielsweise einem Fahrzeugblech, in dem Raum für das Scheinwerfergehäuse eingelassen ist. Aufgrund von Montagevorgängen und zur Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten ist zwischen den verschiedenen Materialien bzw. Komponenten ein Spalt ausgeführt.
Schließlich kann der Spalt dargestellt werden durch Innenseiten von Radkästen einerseits und Fahrzeugrädern andererseits. Innerhalb des Fahrzeugkastens angebrachte Ultraschallsensorelemente sind zwar besonders gut geschützt, haben jedoch gegebenenfalls den Nachteil einer stärkeren Störung bei der Schallübertragung.
Vorteile der Erfindung Das Ultraschallsensorelement selbst wird gebildet durch einen Ultraschallwandler, der im Wesentlichen ein elektromechanisches Element (beispielsweise ein Piezoelement) und eine damit verbundene Anregungsmembran umfasst. In weiteren Fällen kann das Piezoelement selbst die Membran bilden. Zudem kann das Ultraschallsensorelement Befestigungselemente oder Elemente zur akustischen Beeinflussung umfassen, beispielsweise Hohlraum bildende Elemente, um bestimmte akustische Eigenschaften, Resonanzen, hervorzurufen. Besondere Ausführungen der erfindungsgemäß verwendeten Ultraschallsensorelemente umfassen einen Schalltrichter, der an der Membranfläche (d.h. der sensitiven Fläche) angebracht ist, um den Schall von der Membran weg oder auf die Membran zukommend zu bündeln. Durch die Anordnung des Ultraschallsensorelements in einer Ausnehmung oder einem Hohlraum eines Fahrzeugs entsteht eine geänderte Übertragungscharakteristik des Wandlers, die vorzugsweise durch eine Kompensationsschaltung ausgeglichen wird, oder die zumindest bei der Verarbeitung der Ultraschallsignale berücksichtigt wird. Ferner wird insbesondere die Spaltdichte berücksichtigt, die einen starken Einfluss auf die
Beugung hat, mit der der Schall beim Durchtritt durch den Spalt verändert wird. Die Richtcharakteristik des Ultraschallsensorelements, und somit die Ausrichtung des Ultraschallssensorelements kann nahezu beliebig gewählt werden. In einem ersten Beispiel ist die Richtcharakteristik von der Ausnehmung bzw. vom Hohlraum her auf den Spalt bzw. auf die Fluidverbindung oder Schallverbindung ausgerichtet, wobei jedoch auch Reflektoren gezielt eingesetzt werden können, auf die das Ultraschallsensorelement gerichtet ist, und die angeordnet sind, um den Strahl auf den Spalt abzustrahlen. Als Reflektorelement können zusätzliche Elemente in die
Ausnehmung bzw. in den Hohlraum eingebaut werden und dort befestigt werden. In einem zweiten Beispiel ist eine Innenfläche der Fahrzeugverkleidung entsprechend ausgeformt, um als Reflektor zu dienen. Weitere Fälle betreffen eine Ausrichtung des Ultraschallsensorelements auf eine Innenwand der Ausnehmung bzw. des Hohlraums, bei der die gegebene Form unverändert berücksichtigt wird und durch geeignete Anordnung des Ultraschallsensorelements eine entsprechende Abstrahlung des Schalls vom Reflektor auf den Spalt vorgesehen wird.
Als Spalt kann jede Fluidverbindung oder akustische Verbindung betrachtet werden, die geeignet ist, den Schall von der Ausnehmung bzw. vom Hohlraum in die unmittelbare Umgebung zu übertragen. Die Fluidverbindung muss nicht
notwendigerweise vorgesehen sein, vielmehr genügt im Allgemeinen eine akustische Verbindung, beispielsweise über eine von der Anregungsmembran des Sensors zu unterscheidende Membran, wobei hier diese Membran einen weiteren schützenden Effekt erzeugt, da beispielsweise von außen keine Nässe in den Innenraum eintreten kann, wenn dieser von der Membran verschlossen ist. In diesem Zusammenhang bedeutet nach außen offener Hohlraum, dass dieser zumindest für den Schall nach außen offen ist und somit von zumindest einem Flächenabschnitt definiert wird, der eine Übertragung nach außen ermöglicht. Dieser Flächenabschnitt kann eine
Fluidverbindung in die unmittelbare Umgebung umfassen oder auch eine
Schallverbindung, die nur eine Schallübertragung zulässt, nicht jedoch eine
Fluidverbindung betrifft, beispielsweise eine Membran, gebildet durch einen Abschnitt eines Fahrzeugverkleidungselements.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Integration von Ultraschallsensoren in eine Fahrzeugverkleidung, bei der die hier beschriebenen Anordnungen des mindestens einen Ultraschallsensorelements verwendet werden. Das Verfahren zur Integration umfasst zunächst das Vorsehen des mindestens einen
Ultraschallsensorelements, das einer Ultraschallsensoranordnung angehört. Das Ultraschallsensorelement wird an der Fahrzeugverkleidung befestigt, insbesondere innerhalb der Fahrzeugverkleidung, zurückgesetzt gegenüber der äußeren gedachten Umhüllung der Fahrzeugverkleidung (d.h. gegenüber der Außenfläche der
Fahrzeugverkleidung zurückgesetzt). Das Ultraschallsensorelement wird in einer Ausnehmung oder in einem nach außen offenen Hohlraum der Fahrzeugverkleidung befestigt, wobei die Ausnehmung bzw. der Hohlraum von mindestens einem
Fahrzeugverkleidungselement gebildet wird, dessen Außenseite nicht zur Aufnahme des Ultraschallsensorelements unterbrochen ist. Dies ermöglicht die Verwendung von üblichen Fahrzeugverkleidungselementen, die nicht zur Anordnung des
Ultraschallsensorelements ausgestaltet sind, beispielsweise durch Löcher,
Aussparungen oder durch spezielle Ausformungen des Randes, die die Aufnahme eines Ultraschallsensorelements ermöglichen, jedoch außer diesem Zweck keine Ursache in der Anordnung des Verteilungselements aufweisen.
Das Verfahren sieht insbesondere vor, dass nicht nur das Ultraschallsensorelement, sondern auch ein weiteres Verkleidungselement oder ein äußeres Fahrzeugelement in der Vertiefung befestigt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass das
Ultraschallsensorelement an der Vertiefung bzw. an dem äußeren Fahrzeugelement befestigt wird oder an einem Befestigungselement, das das Verkleidungselement oder das äußere Fahrzeugelement in der Vertiefung fixiert. Diese Befestigungsschritte können kurz nacheinander oder im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, wodurch der Befestigungsschritt effizienter gestaltet wird. Das
Ultraschallsensorelement kann ferner in einer von zwei verschiedenen
Fahrzeugverkleidungselementen ausgebildeten Ausnehmung befestigt werden, vorzugsweise hinter einem Spalt zwischen zwei verschiedenen
Fahrzeugverkleidungselementen. Hierzu wird zunächst das Ultraschallsensorelement befestigt und danach werden die Fahrzeugverkleidungselemente befestigt. Derartige Fahrzeugverkleidungselemente, die nach dem Ultraschallsensorelement befestigt werden, sind insbesondere aus verschiedenen Werkstoffen (beispielsweise
Metallblech und Kunststoff) oder sind zueinander beweglich, beispielsweise ein Türrahmen und eine Tür. Hierbei gestaltet sich die Befestigung des
Ultraschallsensorelements einfach, da unterschiedliche
Fahrzeugverkleidungselemente ohnehin notwendigerweise in getrennten
Befestigungsschritten montiert werden, und somit der Schritt des Befestigens des Ultraschallsensorelements in diese Montageschritte auf einfache Weise integriert werden kann.
Das Ultraschallsensorelement wird vorzugsweise abgedeckt durch die
Fahrzeugverkleidung an dem Fahrzeugverkleidungselement befestigt, wobei zumindest ein Teil des sensitiven Bereichs des Ultraschallsensorelements von zumindest einem Abschnitt der Fahrzeugverkleidung bzw. dem
Fahrzeugverkleidungselement verdeckt angeordnet wird. Hierbei wird zunächst das Ultraschallsensorelement befestigt, woraufhin die Fahrzeugverkleidung angeordnet wird. Anstatt der Fahrzeugverkleidung kann auch das äußere Fahrzeugelement derart befestigt werden, dass zumindest ein Teil des sensitiven Bereichs des
Ultraschallsensorelements abgedeckt wird. Dadurch wird erreicht, dass bei weiteren Montageschritten das Ultraschallsensorelement vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Ferner wird das Ultraschallsensorelement in Fluidkommunikation mit der unmittelbaren Umgebung der Fahrzeugverkleidung befestigt, wobei die Fluidkommunikation auch durch eine bloße akustische Verbindung vorgesehen werden kann, beispielsweise über eine Membran, die eine Fluidverbindung unterbricht. Dadurch wird gewährleistet, dass nach der Montage das Ultraschallsensorelement einsatzfähig ist, ohne dass weitere Arbeitsschritte an der Verkleidung vorgenommen werden müssen, um das Ultraschallsensorelement in akustischen Kontakt zu der Umgebung vorzusehen.
Das Verfahren kann insbesondere vorgesehen werden, indem die oben im Einzelnen beschriebenen Komponenten der Fahrzeugverkleidung bzw. der äußeren
Fahrzeugelemente in angegebener Weise befestigt werden, beispielsweise bei der Befestigung der Türen, der Klappen, des Öffnergriffs, des Außenspiegels, des
Kotflügelelements, einer Überblendung, eines Zierelements oder des Kühlergrills oder auch bei der Befestigung eines Scheinwerfergehäuses oder der Fahrzeugräder bzw. des Radkastens. Der Schritt des Befestigens des Ultraschallsensorelements kann dadurch in die Montageschritte dieser Elemente auf einfache Weise integriert werden.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum geschützten Abgeben von
Ultraschallwellen, wobei Schallwellen durch Anregen von dem
Ultraschallsensorelement erzeugt werden und zumindest ein Teil der Ultraschallwellen auf eine Innenfläche mindestens eines Fahrzeugverkleidungselements oder eines äußeren Fahrzeugelements (beispielsweise eine herausragende Leiste, Abdeckung oder Ähnliches) abgestrahlt werden. Insbesondere werden die Schallwellen zum Teil auf einen Rand abgestrahlt, der durch eine Spalte oder einen Abstand gegenüber einem weiteren Fahrzeugelement, das dazu benachbart ist, beabstandet ist. Hierbei werden die Ultraschallwellen gebeugt und/oder teilweise reflektiert, wobei die Reflexion auch umfasst, dass ein Teil der Ultraschallwellen zunächst zum Fahrzeug hin reflektiert wird und daraufhin durch innere Verteilungselemente nach außen durch den Spalt abgestrahlt werden. Durch diese Abstrahlung lässt sich erreichen, dass
Fahrzeugverkleidungselement oder äußere Fahrzeugelemente als Schutz dienen, wobei gleichzeitig eine Abstrahlung der Ultraschallwellen möglich ist. Das Verhältnis von üblicher Spaltbreite und Wellenlänge ist derart, dass eine Beugung auftritt, so dass beispielsweise die Spalte in Fernfeldnäherung als Punktstrahler betrachtet werden kann. Die in der Fahrzeugverkleidung vorgesehenen Hohlräume bzw. Ausnehmungen sehen zusammen mit dem Spalt eine Möglichkeit vor, den abgestrahlten Schall gezielt zu formen, ohne dass äußere akustische Elemente notwendig sind. Die durch den internen Einbau veränderte Abstrahlcharakteristik kann ferner berücksichtigt werden durch einen Schritt des Kompensierens, wobei der Schritt des Kompensierens die Verzerrung bzw. Verformung des Übertragungskanals durch die akustischen
Gegebenheiten der Fahrzeugverkleidung wiedergibt und in komplementärer Weise bei der Signalverarbeitung der Ultraschallsignale berücksichtigt.
Komplementär hierzu sieht die Erfindung ferner ein Verfahren zum geschützten Empfang von Ultraschallwellen vor, wobei die Ultraschallwellen auf eine Außenfläche des Fahrzeugverkleidungselements auftreffen und durch einen Spalt in das Innere der Fahrzeugverkleidung eintreten, um dort von dem Ultraschallsensorelement gewandelt zu werden. Als Übertragungskanal durch die Außenseite der Fahrzeugverkleidung hindurch ist zumindest ein Spalt vorgesehen oder auch eine Öffnung. Im Allgemeinen werden ein Spalt zwischen zwei benachbarten Fahrzeugelementen sowie eine
Öffnung, beispielsweise in der Fahrzeugverkleidung oder in einem äußeren
Fahrzeugelement (Außenspiegel beispielsweise), als akustischer Kanal betrachtet. Dieser Kanal kann der gleichermaßen durch eine akustische Verbindung von dem Ultraschallsensorelement zur Umgebung vorgesehen werden, bei der der Kanal eine räumlich trennende Membran umfasst. Als Membran können auch Abschnitte der Fahrzeugverkleidung angesehen werden, soweit diese Schall übertragen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform zweier alternativer Anordnungsvarianten;
Figur 2 zeigt zwei weitere alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Anordnung; Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform mit zwei Ausführungsvarianten der
erfindungsgemäßen Anordnung; Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Anordnung, und
Figur 6 ein in einen Kühlergrill integriertes Ultraschallsensorelement Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist eine Fahrzeugverkleidung dargestellt, die von zwei unterschiedlichen Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12 gebildet wird, welche über einen Spalt 14 voneinander getrennt sind. In diesem Spalt 14 ist ein Ultraschallsensorelement 20 vorgesehen, das durch den Spalt 14 zwischen den Fahrzeugverkleidungselementen 10 und 12 hindurch Ultraschallwellen abstrahlt, wie durch die durchgezogenen Pfeile dargestellt ist. Hierbei ist das Ultraschallsensorelement 20 in einer Ausnehmung 30 befestigt, die von Innenverkleidungselementen 40 gebildet wird. Eine alternative
Anordnung ist in gestrichelter Linie dargestellt, wobei in dieser alternativen Anordnung das Ultraschallsensorelement 20' weiter nach innen zurückgesetzt innerhalb der
Ausnehmung 30 befestigt ist. Insbesondere kann das Ultraschallsensorelement 20 auch unmittelbar an einem Bodenabschnitt 42 des Innenverkleidungselements 40 befestigt sein. Anhand des Strahlengangs, gestrichelt dargestellt, ist zu erkennen, dass ein Mittelstrahl ungehindert durch den Spalt zwischen den
Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12 hindurchtritt, wobei ein Teil der
Ultraschallenergie (siehe Pfeilverlauf 50, 50') nicht unmittelbar durch den Spalt 14 hindurchtritt, sondern zunächst reflektiert wird und dann aus dem Spalt 14 austritt.
Aufgrund der Wellenlänge ergeben sich tatsächlich Beugungseffekte, so dass kein diskreter Strahlungsverlauf, wie durch die Pfeile dargestellt, vorgesehen wird. Somit zeigen die Pfeilverläufe 50, 50' lediglich symbolhaft die Propagationsrichtung. Bei einer tatsächlichen Realisierung werden die Abstrahlung und der Schallverlauf durch
Beugungseffekte, Reflexionseffekte und insbesondere durch Interferenz bestimmt.
Dennoch lässt sich die Abstrahlcharakteristik, wie sie von dem Spalt 14 aus nach außen wirkt, durch Berücksichtigung dieser Effekte präzise vorhersagen. Ein
Schalltrichter 22 der alternativen Anordnung (gestrichelt dargestellt) ist an der sensitiven/abstrahlenden Seite des Sensors 20' angeordnet und ist auf den Spalt 14 zwischen den Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12 gerichtet.
Die Figur 2 stellt eine weitere Variante der Erfindung gemäß Anordnung dar, wobei zwei Fahrzeugverkleidungselemente 10, 12 einen Spalt 14 bilden, durch den hindurch das Ultraschallsensorelement 20 Schall senden und empfangen kann. Hierbei ist das Ultraschallsensorelement 20 in einem umleitenden Innenverkleidungselement 44, 44' angeordnet, das einen Kanal ausbildet. Das eine Ende des Kanals wird abgeschlossen von dem Ultraschallsensorelement 20, welches in den Kanal hineinstrahlt, vergleiche Pfeile. Der durch das Innenverkleidungselement 44, 44' ausgebildete Kanal lenkt die Schallwelle um und richtet diese auf den Spalt 14. Am Spalt 14 wird der Schall abgestrahlt. Durch die Anordnung des Ultraschallsensorelements 20 in den
Innenverkleidungselementen 44, 44' ist das Ultraschallsensorelement besonders geschützt, wobei ferner die Verkabelung zum Inneren des Fahrzeugs vereinfacht ist.
Figur 2 stellt ferner mit gestrichelten Linien ein zweites Ultraschallsensorelement 20 dar, das in einer alternativen Anordnung vorgesehen ist. Hierbei umfasst das
Ultraschallsensorelement 20' einen optionalen Schalltrichter 22, der die Schallwelle des Ultraschallsensorelements 20' bündelt und zunächst auf einen Abschnitt des Fahrzeugverkleidungselements 12 lenkt. Da dieses von dem abgestrahlten Schall in Schwingung versetzt wird, gibt der Abschnitt des Fahrzeugverkleidungselements 12, der von dem Ultraschallsensorelement 20' bestrahlt wird, die Schallenergie ab, siehe Pfeil rechts von Fahrzeugverkleidungselement 12. In dieser Variante ist das
Ultraschallssensorelement 20 besonders geschützt, da der gesamte Abschnitt des Fahrzeugverkleidungselements 12, welches angestrahlt wird, als mechanischer Schutz dient. Wie bereits bemerkt, besteht hier keine direkte Fluidverbindung zwischen Ultraschallsensorelement 20 und Umgebung, vielmehr besteht eine akustische Verbindung zwischen Umgebung und Ultraschallsensorelement 20, wobei der bestrahlte Abschnitt des Fahrzeugverkleidungselements 12 als Membran arbeitet.
In Figur 3 ist eine spezifische Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der ein Ultraschallsensorelement 20 in einem Spiegelgehäuse 46 eines Außenspiegels 46' befestigt ist. Der Außenspiegel 46' selbst ist durch ein Befestigungselement 46" gehalten, das beweglich oder in fest montierter Weise den Spiegel 46' hält. Das Spiegelgehäuse 46 sieht ferner einen Innenraum 30 vor, in dem das Ultraschallsensorelement 20 (dargestellt mit durchgezogenen Linien) angeordnet ist. Das Ultraschallsensorelement 20 hat einen Schalltrichter 22, der zur Ausrichtung der abgestrahlten akustischen Leistung dient. Zunächst ist das Ultraschallsensorelement 20, zusammen mit dem Schalltrichter 22 auf einen Spalt 14 gerichtet, der zwischen Außenspiegel 46' und Spiegelgehäuse 46 vorgesehen ist. Am Spalt 14 selbst wird dann die vom Ultraschallsensorelement 20 erzeugte Leistung abgestrahlt, siehe Pfeil. Da Spiegelgehäuse 46 üblicherweise immer einen Hohlraum 30 aufweisen (aufgrund der erforderlichen aerodynamischen Eigenschaften), können übliche Spiegelgehäuse 46 als ein Beispiel für ein äußeres Fahrzeugelement verwendet werden, in denen ein Hohlraum 30 ausgebildet ist, der über den Spalt 14 mit der Umgebung verbunden ist. Der Spalt 14 ist bei jedem üblichen Außenspiegel 46' vorgesehen, insbesondere bei beweglichen Außenspiegeln 46', um die Bewegung des Spiegelelements gegenüber dem Spiegelgehäuse 46 zu ermöglichen. Mit gestrichelten Linien ist ein weiteres Ultraschallsensorelement 20' dargestellt, das nicht unmittelbar auf den Spalt 14 strahlt. Vielmehr umfasst das
Ultraschallsensorelement 20' ebenso einen Schalltrichter, der auf einen zusätzlichen Reflektor 24 gerichtet ist, welcher den Schall geeignet zum Spalt 14 umlenkt. Zwar wird auch ein Teil der Schallleistung des Ultraschallsensorelements 20 von der Innenseite des Spiegelgehäuses 46 zum Spalt 14 reflektiert, jedoch ermöglicht der zusätzliche Reflektor 24, dass der Schall gezielt reflektiert wird. Anstatt eines zusätzlichen
Reflektors 24 kann auch die natürliche innere Form des äußeren Spiegelgehäuses 46 ausgestaltet und gegenüber dem Ultraschallsensorelement 20 so ausgerichtet sein, dass sich eine geeignete Reflexion zum Spalt 14 hin ergibt.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der eine Griffmulde eines Türgriffs einen Hohlraum 30 ausbildet, in dessen Begrenzungswand ein
Ultraschallsensorelement 20 angeordnet ist. Durch den äußeren Teil des Griffs ergeben sich Beugungseffekte, die schemenhaft durch die Pfeile der Figur 4 dargestellt sind. Aufgrund der Wellenlänge ergeben sich keine abrupten Richtungsänderungen, vielmehr kann die Außenkante des Griffs bzw. der Spalt 14 selbst gemäß dem
Huygens'schen Prinzip als Strahlungsquelle angesehen werden. In der Figur 4 entsprechen die Griffmulde sowie der Griff zwei Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12, die zueinander beweglich sind, und die den Hohlraum 30 bzw. die Ausnehmung 30 vorsehen. Die Figur 5 betrifft eine weitere Realisierungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei ein Teil eines Fahrzeugverkleidungselementes 10 (beispielsweise die Kopfseite eines Kofferraumdeckels) zusammen mit einer Verblendung 12 einer ein Fahrzeugverkleidungselement darstellenden Kennzeichenleuchte 12' einen Hohlraum 30 ausbildet, innerhalb dem die sensitive Fläche eines Ultraschallsensorelementes 20 anstößt. Da eine Verblendung 12 der Kennzeichenleuchte 12', die in diesem Falle das Fahrzeugverkleidungselement darstellt, ohnehin an der Heckklappe 10 angeordnet ist, wird zur Anordnung des Ultraschallsensorelements 20 ein ohnehin vorgesehener offener Hohlraum 30 bzw. eine Ausnehmung gebildet. Es ist zu erkennen, dass das Ultraschallsensorelement 20 einen Teil der Schallenergie auf die Verblendung 12 abstrahlt, jedoch ein weiterer Teil unmittelbar nach außen dringt. Da sich hier wiederum Interferenz und Beugungseffekte ergeben, wird durch die Anordnung der Verblendung 12 und durch die Heckklappe 10 eine bestimmbare Interferenzsituation erzeugt, die zu einer bestimmbaren Richtcharakteristik führt. Es ist jedoch klar zu erkennen, dass die Verblendung 12 lediglich den Schall reflektiert, jedoch nicht absorbiert, wodurch die abgestrahlte Schallleistung trotz der indirekten Ausbreitung nicht wesentlich beeinträchtigt wird. In Figur 6 ist ein Kühlergrill 10 und ein sich daran anschließendes
Fahrzeugverkleidungselement 12 dargestellt. Für das Ultraschallsensorelement 20 ergeben sich vier verschiedene Varianten der Anordnung.
Die erste Variante sieht eine Anordnung innerhalb des Hohlraums 30 vor, der durch die Fahrzeugverkleidungselemente 10, 12 gebildet wird, und mit einem deutlichen Abstand zu einem Kühlergrill. Diese Position ist durch das Ultraschallsensorelement 20 dargestellt. Das Ultraschallsensorelement 20 strahlt Schall auf den Kühlergrill 10 ab, der aufgrund seiner offenen Struktur den Schall durch unterschiedliche Zwischenräume des Gitters passieren lässt und nach außen abstrahlt und in diesem Falle das
Fahrzeugverkleidungselement darstellt. Die Pfeile 60 zeigen die Abstrahlung nach dem Durchtritt durch den Kühlergrill, wobei die Pfeile 62 die Abstrahlung auf den Kühlergrill 10 darstellen.
Die zweite Variante ist die Anordnung des Ultraschallsensorelements 20' im
Wesentlichen unmittelbar an der Innenseite des Kühlergrills 10, wobei das Ultraschallsensorelement 20 nur durch eine offene Struktur des Kühlergrills 10 den Schall abgibt, so dass der Schall aus diesem offenen Strukturelement des Kühlergrills 10 abgestrahlt wird, wie durch die Pfeile 64 dargestellt ist. Zunächst wird jedoch die gesamte Schallenergie im Wesentlichen in eine einzelne, zusammenhängende offene Struktur des Kühlergrills 10 gestrahlt, im Gegensatz zur Bestrahlung einer Vielzahl von offenen Strukturen durch das Ultraschallsensorelement 20.
Die dritte Anordnungsvariante ist mit dem Ultraschallsensorelement 20" dargestellt, welche sich innerhalb einer offenen Struktur des Kühlergrills 10 befindet. Von dort aus sendet dieses den Schall unmittelbar in die Umgebung ab, vgl. Pfeil ausgehend vom Ultraschallsensorelement 20". Während die Ultraschallsensorelemente 20, 20' innerhalb des Hohlraums 30 vorgesehen sind, der von den
Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12 gebildet wird, ist das Ultraschallsensorelement 20" innerhalb einer offenen Struktur des Fahrzeugverkleidungselements 10 (innerhalb des Kühlergrills) vorgesehen. Der Hohlraum 30 wird in diesem Fall von nur einem Fahrzeugverkleidungselement 10 dargestellt bzw. von dessen offener Struktur.
Im Gegensatz zu den Figuren 1 bis 5 zeigt Figur 6 eine Variante, bei der die
Fluidverbindung bzw. die dazu äquivalente akustische Verbindung zwischen
Ultraschallsensorelement 20 und Umgebung nicht von Öffnungen, Lücken oder Spalten gebildet wird, die sich durch das Aufeinanderstoßen von
Fahrzeugverkleidungselementen 10, 12 bilden oder die durch eine äußere einhüllende Form eines Fahrzeugverkleidungselements 10, 12 gebildet werden (vergleiche Verblendung des Kraftfahrzeugkennzeichens), sondern eine Anordnungsvariante, bei der das Fahrzeugverkleidungselement 10, 12 selbst durchlässig ist und eine unmittelbare Rückverbindung vorsieht. In der ersten und zweiten Anordnungsvariante der Figur 6 wird der gesamte Anteil der Schallenergie zunächst auf das
Fahrzeugverkleidungselement 10 (den Kühlergrill) abgestrahlt, durch den hindurch der Schall transportiert wird. In diesem Punkt ähnelt die Figur 6 der Anordnung des Ultraschallsensorelements 20' der Figur 2, bei der auch die gesamte Schallenergie zunächst auf das Fahrzeugverkleidungselement 12 abgestrahlt wird, welches durch Mitschwingen den Schall weitergibt und somit als Schallverbindung zur Umgebung dient. Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Beispiele sind nicht maßstäblich dargestellt. Insbesondere ist die Dicke der Fahrzeugverkleidungselemente 10, 12 nicht maßstäblich zur Länge. Ebenso ist die Größe des Ultraschallsensorelements 20 nicht maßstäblich zur Spaltbreite dargestellt, insbesondere kann beispielsweise in Figur 1 das Ultraschallsensorelement 20 und dessen sensitive Fläche deutlich größer vorgesehen sein als die Spaltbreite. Aufgrund der für die Schallfortpflanzung geltenden Umkehrbarkeit gelten die zuvor beschriebenen Ausbreitungswege für auszusendende Schallsignale in umgekehrter Richtung auch für zu empfangende Schallsignale.

Claims

Ansprüche 1 . Fahrzeugverkleidung mit einer Ultraschallsensoranordnung, wobei die
Ultraschallsensoranordnung mindestens ein Ultraschallsensorelement (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsensorelement (20) in einer Ausnehmung (30) oder einem nach außen offenen Hohlraum (30) eines lnnenverkleidungselement.es (40) vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30) durch mindestens ein Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildet ist, dessen
Außenseite nicht zur Aufnahme des Ultraschallsensorelements (20) unterbrochen ist.
2. Fahrzeugverkleidung nach Anspruch 1 , wobei die Ausnehmung (30) durch eine
Vertiefung gebildet ist, die zur Aufnahme eines weiteren
Fahrzeugverkleidungselementes (10, 12) oder äußeren Fahrzeugelements (46) ausgebildet ist, oder wobei die Ausnehmung (30) oder der Hohlraum (30) ausgebildet ist durch einen Abstand (14), insbesondere einen Spalt (14), zwischen zwei verschiedenen äußeren Fahrzeugelementen (46, 46'), die insbesondere aus unterschiedlichen
Werkstoffen gefertigt sind.
3. Fahrzeugverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ultraschallsensorelement (20) innerhalb der Ausnehmung (30) oder innerhalb des Hohlraums (30) zum einen in direkter Fluidkommunikation mit der unmittelbaren Umgebung der
Fahrzeugverkleidungselemente (10, 12) steht und zum anderen das
Ultraschallsensorelement (20) mit einer Richtcharakteristik in relativer Anordnung zur
Fahrzeugverkleidung vorgesehen ist, die zumindest einen sensitiven Bereich aufweist, der auf ein Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) oder auf ein äußeres
Fahrzeugelement (46) gerichtet ist, oder wobei das Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) oder das äußere Fahrzeugelement (46) zumindest einen Abschnitt eines sensitiven Bereichs des Ultraschallsensorelements (20) gegenüber der unmittelbaren Umgebung verdeckt.
4. Fahrzeugverkleidung nach Anspruch 3, wobei die von dem Ultraschallsensorelement (20) abgestrahlte Schallleistung zumindest teilweise mittels umleitender Elemente (44, 44') in Richtung eines Spalts (14) zwischen den Fahrzeugverkleidungselementen (10, 12) gelenkt wird.
Fahrzeugverkleidung nach Anspruch 1 , wobei das Ultraschallsensorelement (20) teilweise oder vollständig verdeckt ist durch einen Abschnitt der Fahrzeugverkleidung oder eines Fahrzeugverkleidungselements (10, 12), und das Ultraschallsensorelement (20) in der Ausnehmung (30) oder in dem nach außen offenen Hohlraum (30) auf oder in einem Innenverkleidungselement (40) der Fahrzeugverkleidung mittelbar oder unmittelbar befestigt ist, das einen Teil der Ausnehmung (30) oder des Hohlraums (30) definiert, insbesondere einen Bodenabschnitt (42) der Ausnehmung (30) oder des Hohlraums (30).
Fahrzeugverkleidung nach Anspruch 1 , wobei die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30) gebildet wird von offenen Strukturen in einem
Belüftungsgitter oder Kühlergrill der Fahrzeugverkleidung, oder wobei die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30) gebildet wird von einem Spalt (14) in der Fahrzeugverkleidung, die durch das Aufeinandertreffen eines beweglichen oder festen Fahrzeugverkleidungselements (10, 12) auf ein weiteres bewegliches oder festes Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildet wird, insbesondere durch:
(a) eine Seitentür, oder eine Kofferraum-, Tankdeckel- oder Motorhaubeklappe einerseits und dem zugehörigen Anschlag andererseits;
(b) einen Öffnergriff einerseits und eine Öffnergriffmulde oder einem
Öffnergriffbefestigungsabschnitt der Fahrzeugverkleidung andererseits; oder
(c) einen festen oder beweglichen Außenspiegel (46', 46") einerseits und ein diesen aufnehmendes Spiegelgehäuse (46) andererseits; oder
(d) ein Kotflügelelement der Fahrzeugverkleidung, einen Stoßfänger, eine
Überblendung, ein Zierelement, eine Zierleiste, eine Kfz-Kennzeichenleuchte, ein Kfz- Kennzeichenbefestigungselement, einen Kühlergrill, ein Kühlergrillbefestigungselement einerseits und ein sich daran anschließendes Fahrzeugverkleidungselement
andererseits, beispielsweise eine Frontschürze; oder
(e) ein Leuchten- oder Scheinwerfergehäuse einerseits und ein sich daran
anschließendes Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) andererseits; oder
(f) Innenseiten von Radkästen einerseits und Fahrzeugräder andererseits. Verfahren zur Integration von Ultraschallsensoren in eine Fahrzeugverkleidung, umfassend: vorsehen mindestens eines Ultraschallsensorelements (20) einer
Ultraschallsensoranordnung, und Befestigen des Ultraschallsensorelements (20) an Fahrzeugverkleidungselementen oder äußeren Fahrzeugelementen (10, 12, 40, 42), dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen umfasst: Befestigen des
Ultraschallsensorelements (20) in einer Ausnehmung (30) oder einem nach außen offenen Hohlraum (30) der Fahrzeugverkleidung, wobei die Ausnehmung (30) oder der nach außen offene Hohlraum (30), in der bzw. dem das Ultraschallsensorelement (20) befestigt wird, von mindestens einem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildet wird, dessen Außenseite nicht zur Aufnahme des Ultraschallsensorelements (20) unterbrochen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ultraschallsensorelement (20) in einer Vertiefung (30) befestigt wird, in der ferner ein weiteres Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) oder äußeres Fahrzeugelement (46) befestigt ist, oder wobei das Ultraschallsensorelement (20) in der Ausnehmung (30) befestigt wird, wobei die Ausnehmung (30) durch einen Spalt (14) zwischen zwei verschiedenen Fahrzeugverkleidungselementen (10, 12) ausgebildet ist, die insbesondere aus unterschiedlichen Werkstoffen oder von zueinander beweglichen Fahrzeugverkleidungselementen (10, 12) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ultraschallsensorelement (20) von dem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) oder dem äußeren Fahrzeugelement (46) zumindest teilweise überdeckt wird, wobei zumindest ein Teil eines sensitiven Bereichs des Ultraschallsensorelements (20) von zumindest einem Abschnitt der
Fahrzeugverkleidung bzw. dem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) durch das Befestigen verdeckt ist, und das Ultraschallsensorelement (20) durch das Befestigen mit dem sensitiven Bereich in Fluidkommunikation mit der unmittelbaren Umgebung der Fahrzeugverkleidung steht.
Verfahren zum geschützten Abgeben von Ultraschallwellen von einem an einer
Fahrzeugverkleidung befestigten Ultraschallsensorelement (20) in die Umgebung der Fahrzeugverkleidung mit den Schritten: Erzeugen von Ultraschallwellen durch Anregen des Ultraschallsensorelements (20) und Abstrahlen zumindest eines Teils der
Ultraschallwellen auf eine Innenfläche mindestens eines Fahrzeugverkleidungselements (10, 12), die einen Rand aufweist, der zu einem weiteren Fahrzeugerkleidungselement (10, 12) beabstandet ist, wobei die Ultraschallwellen in die Umgebung abgestrahlt werden, wobei das Abstrahlen umfasst: Beugen und/oder Reflektieren der
Ultraschallwellen an dem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12). Verfahren zum geschützten Empfangen von Ultraschallwellen durch ein an einer
Fahrzeugverkleidung befestigtes Ultraschallsensorelement (20) aus der Umgebung der Fahrzeugverkleidung mit den Schritten: Empfangen von Ultraschallwellen, die auf eine Außenfläche mindestens eines Fahrzeugverkleidungselements (10, 12) auftreffen, die einen Rand aufweist, der zu einem weiteren Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) beabstandet ist, wobei die Ultraschallwellen in einen bzw. eine von dem mindestens einen Fahrzeugverkleidungselement (10, 12) gebildeten Hohlraum (30) oder in der Ausnehmung (30) angeordnete Ultraschallsensorelement (20) auftreffen, wobei das Einstrahlen umfasst: Beugen und/oder Reflektieren der Ultraschallwellen an dem Fahrzeugverkleidungselement (10, 12).
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