WO2014016293A1 - Alternativer einbau eines verdeckten ultraschallsensors im kraftfahrzeug - Google Patents

Alternativer einbau eines verdeckten ultraschallsensors im kraftfahrzeug Download PDF

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Paul-David Rostocki
Frank Schwitters
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Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic sensor arrangement for a motor vehicle, comprising a covering part and an ultrasonic sensor, which is arranged with its membrane on a rear side of the covering part, so that the membrane is designed to emit and / or receive ultrasonic signals through the covering part.
  • the invention also relates to a motor vehicle having such an ultrasonic sensor arrangement.
  • Ultrasonic sensors are already state of the art. They are usually used for a so-called parking aid of a motor vehicle, by means of which the driver of the motor vehicle is supported during maneuvering, namely in particular when parking the motor vehicle in a parking space and when parking out of the parking space. It is known to arrange a plurality of such ultrasonic sensors both on the front bumper and on the rear bumper. With help of a
  • Ultrasonic sensors can be measured distances between the motor vehicle on the one hand and the obstacles located in its surroundings on the other hand.
  • An ultrasound sensor emits an ultrasound signal which reflects at an obstacle in the surroundings of the vehicle and then returns to the ultrasound sensor, namely in the form of an echo.
  • the distance can be determined.
  • ultrasonic sensors are installed unobstructed in bumpers. This means that they are arranged in recesses in the bumper and are visible on the outside.
  • the bumper can be provided here with a plurality of such continuous recesses, in which then the respective cup-shaped membranes of the ultrasonic sensors are used.
  • the ultrasonic sensor itself is fastened to the rear of the bumper via a housing and with the aid of an additional holder.
  • hidden or hidden built-in ultrasonic sensors are known. These are thus not visible from the outside when looking at the bumper and covered by the bumper itself.
  • the ultrasonic signals are transmitted through the material of the bumper or received.
  • the front surface of the cup-shaped membrane of the ultrasonic sensor optionally via a
  • the interest is directed to such a hidden or hidden
  • the cowling, so the fender made of plastic, so that the membrane of the ultrasonic sensor is disposed on the back of the plastic material.
  • a reliable propagation of the ultrasonic waves is made possible.
  • Ultrasonic sensors cross measurements are carried out in which the one Ultrasonic sensor transmits ultrasonic signals and the other ultrasonic sensor receives the signals.
  • the exact position of an obstacle relative to the vehicle can be determined.
  • Reception behavior of the built-behind the fender ultrasonic sensor corresponds to the transmission and reception behavior of the built-behind the bumper ultrasonic sensor.
  • the above cross measurements can be made possible;
  • the evaluation of the received ultrasonic signals of the two ultrasonic sensors is possible without much computational effort.
  • the mudguard has the same thickness as the bumper in the region of the second
  • a motor vehicle according to the invention comprises an inventive
  • Ultrasonic sensor array The preferred embodiments presented with reference to the ultrasonic sensor arrangement according to the invention and their advantages apply correspondingly to the motor vehicle according to the invention.
  • Ultrasonic sensors 14 and the rear bumper 7 also four
  • Covering 4 to 9 arranged so that the respective membrane rests against this back and the ultrasonic waves are transmitted through the material of the respective trim part 4 to 9 therethrough.
  • All ultrasonic sensors 10 to 15 are identical sensors or sensors of the same design and also have the same resonant frequencies in the uninstalled state.
  • the trim parts 4 to 9 also have the same thicknesses. Overall, therefore, all the ultrasonic sensors 10 to 15 have the same transmission and reception characteristics or are operated with the same transmission frequency.
  • All ultrasonic sensors 10 to 15 are electrically coupled to a control device 16, which is for example a microcontroller.
  • the control device 16 determines the distances to the obstacles on the basis of the received signals of the ultrasonic sensors 10 to 15 and can in particular be based on the signals of the lateral
  • This output device 18 is for example a loudspeaker and / or a display.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoranordnung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) und einem ersten Ultraschallsensor (10 bis 13), welcher mit seiner Membran an einer Rückseite des Verkleidungsteils (4, 5, 8, 9) angeordnet ist, sodass die Membran zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen durch das Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) hindurch ausgebildet ist, wobei das Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) ein Kotflügel (4, 5, 8, 9) für das Kraftfahrzeug (1) ist.

Description

Alternativer Einbau eines verdeckten Ultraschallsensors im Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil und einem Ultraschallsensor, welcher mit seiner Membran einer Rückseite des Verkleidungsteils angeordnet ist, sodass die Membran zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen durch das Verkleidungsteil hindurch ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Ultraschallsensoranordnung.
Ultraschallsensoren sind bereits Stand der Technik. Sie werden üblicherweise für eine so genannte Einparkhilfe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, mittels welcher der Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Rangieren unterstützt wird, nämlich insbesondere beim Einparken des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke sowie beim Ausparken aus der Parklücke. Es ist dabei bekannt, eine Vielzahl von solchen Ultraschallsensoren sowohl an dem vorderen Stoßfänger als auch an dem hinteren Stoßfänger anzuordnen. Mithilfe eines
Ultraschallsensors können Abstände zwischen dem Kraftfahrzeugs einerseits und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen andererseits gemessen werden. Ein Ultraschallsensor sendet dabei ein Ultraschallsignal aus, welches an einem Hindernis in der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert und anschließend wieder zum Ultraschallsensor gelangt, nämlich in Form eines Echos. Durch die Auswertung der Laufzeit des ausgesendeten Signals kann der Abstand bestimmt werden.
Es ist bereits Stand der Technik, dass derartige Ultraschallsensoren in Stoßfängern unverdeckt verbaut werden. Dies bedeutet, dass sie in Aussparungen in dem Stoßfänger angeordnet werden und außenseitig sichtbar sind. Der Stoßfänger kann hier mit einer Vielzahl von solchen durchgängigen Aussparungen versehen werden, in welche dann die jeweiligen topfförmigen Membranen der Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Der Ultraschallsensor selbst wird über ein Gehäuse sowie mit Hilfe eines zusätzlichen Halters an der Rückseite des Stoßfängers befestigt. Darüber hinaus sind auch verdeckt bzw. versteckt verbaute Ultraschallsensoren bekannt. Diese sind somit bei einer Betrachtung des Stoßfängers von außen nicht sichtbar und durch den Stoßfänger selbst abgedeckt. Bei derartig verbauten Ultraschallsensoren direkt hinter dem Stoßfänger werden die Ultraschallsignale durch das Material des Stoßfängers hindurch gesendet bzw. empfangen. Bei einer solchen Ausgestaltung liegt die Frontfläche der topfförmigen Membran des Ultraschallsensors - gegebenenfalls über einen
Montagedeckel - an der Rückseite des Stoßfängers an.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf eine solche versteckte bzw. verdeckte
Anordnung des Ultraschallsensors an dem zugeordneten Verkleidungsteil. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine derartige Anordnung des Ultraschallsensors auch nachteilig für die Funktion eines automatischen Parkhilfesystems sein kann, mittels welchem eine Parklücke erfasst und anschließend eine geeignete Parkbahn berechnet werden soll, entlang welcher das Kraftfahrzeug in die Parklücke eingeparkt werden kann. Und zwar ist für die Funktion eines automatischen Parkhilfesystems erforderlich, dass solche Ultraschallsensoren in seitlichen Randbereichen des vorderen Stoßfängers angebracht werden, um die seitlich neben dem Kraftfahrzeug befindlichen Parklücken erfassen zu können. In diesen Randbereichen - also quasi an der Seitenflanke des Fahrzeugs - ist jedoch bei manchen Fahrzeugen ein verdeckter Einbau des
Ultraschallsensors nicht möglich, etwa aufgrund der Ausgestaltung des Stoßfängers. Weil mit dem Einbau des Ultraschallsensors an dieser Stelle auch strenge Anforderungen an den Einbauwinkel verbunden sind, müsste man an dieser Stelle den Ultraschallsensor in eine Aussparung im Stoßfänger und somit sichtbar anordnen. Dies wäre jedoch mit dem Ziel nicht vereinbar, alle Ultraschallsensoren unsichtbar zu platzieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschallsensoranordnung der eingangs genannten Gattung bereitzustellen, bei welcher eine verbesserte Platzierung des Ultraschallsensors - insbesondere für die Funktion eines automatischen Parkhilfesystems - gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschallsensoranordnung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen
Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Verkleidungsteil sowie einen (ersten) Ultraschallsensor, welcher mit seiner Membran an einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Rückseite des Verkleidungsteils angeordnet ist, sodass die Membran Ultraschallsignale durch das Verkleidungsteil hindurch sendet und/oder empfängt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verkleidungsteil ein Kotflügel für das Kraftfahrzeug ist.
Also ist der Ultraschallsensor unsichtbar bzw. verdeckt an der Rückseite des Kotflügels angeordnet, sodass die Membran des Ultraschallsensors zum Senden und/oder
Empfangen der Ultraschallsignale durch das Material des Kotflügels ausgebildet ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass im Stand der Technik eine verdeckte
Anordnung des Ultraschallsensors für automatische Parkhilfesysteme deshalb nicht möglich ist, weil selbiger Ultraschallsensor im Randbereich des Stoßfängers angeordnet werden muss und genau an dieser Stelle der Einbau des Sensors aufgrund des erforderlichen Einbauwinkels nicht immer gelingt. Die Erfindung geht nun den Weg, den Ultraschallsensor an einem Kotflügel des Kraftfahrzeugs anzubringen und zwar an der Rückseite des Kotflügels, sodass der Ultraschallsensor hinter dem Kotflügel versteckt angeordnet ist. Somit kann der Ultraschallsensor den seitlichen Bereich neben dem Kraftfahrzeug erfassen, und es wird ermöglicht, mit einem versteckten Ultraschallsensor auch Parklücken zu detektieren, was die Hauptfunktion eines automatischen
Parkhilfeassistenten darstellt.
Vorzugsweise ist das Verkleidungsteil, also der Kotflügel, aus Kunststoff gebildet, sodass die Membran des Ultraschallsensors an der Rückseite des Kunststoff materials angeordnet ist. Somit wird eine zuverlässige Ausbreitung der Ultraschallwellen ermöglicht.
In einer Ausführungsform umfasst die Ultraschallsensoranordnung weiterhin einen Stoßfänger für das Kraftfahrzeug sowie einen zweiten Ultraschallsensor, welcher mit seiner Membran an einer Rückseite des Stoßfängers angeordnet ist. Die Membran des zweiten Ultraschallsensors sendet und/oder empfängt die Ultraschallsignale durch den Stoßfänger hindurch. Mit Hilfe der mehreren Ultraschallsensoren kann der Fahrer auch besonders zuverlässig beim Rangieren des Kraftfahrzeugs unterstützt werden, indem die gemessenen Abstände zu Hindernissen dem Fahrer angezeigt werden.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Ultraschallsensor Sensoren gleicher Bauweise bzw. identische Sensoren mit im unverbauten Zustand gleichen
Resonanzfrequenzen. Somit ist die Anzahl der benötigten Sensortypen auf ein Minimum reduziert. Außerdem kann somit ermöglicht werden, dass zwischen den beiden
Ultraschallsensoren Kreuzmessungen durchgeführt werden, bei denen der eine Ultraschallsensor Ultraschallsignale sendet und der andere Ultraschallsensor die Signale empfängt. Somit kann - beispielsweise mit Hilfe der Triangulation - die genaue Position eines Hindernisses relativ zum Fahrzeug bestimmt werden.
Vorzugsweise ist eine Frequenz der von dem ersten Ultraschallsensor ausgesendeten Ultraschallsignale gleich einer Frequenz der von dem zweiten Ultraschallsensor ausgesendeten Ultraschallsignale. Dies bedeutet, dass das Sende- und
Empfangsverhalten des hinter dem Kotflügel verbauten Ultraschallsensors dem Sende- und Empfangsverhalten des hinter dem Stoßfänger verbauten Ultraschallsensors entspricht. Somit können einerseits die oben genannten Kreuzmessungen ermöglicht werden; andererseits ist auch die Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale der beiden Ultraschallsensoren ohne viel Rechenaufwand möglich.
Um das gleiche Sende- und Empfangsverhalten der beiden Ultraschallsensoren zu ermöglichen, wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass zumindest im Bereich des ersten Ultraschallsensors der Kotflügel so ausgebildet ist, dass die Sendefrequenzen der beiden Ultraschallsensoren gleich sind. Zu diesem Zwecke kann zumindest im Bereich des ersten Ultraschallsensors der Kotflügel aus dem gleichen Material wie der Stoßfänger gebildet sein, nämlich insbesondere aus Kunststoff. Dies hat den Vorteil, dass die Sende- und Empfangseigenschaften der beiden Ultraschallsensoren auch bei unterschiedlichen Temperaturen gleich bleiben, sodass das Sende- und Empfangsverhalten des ersten Ultraschallsensors unabhängig von der herrschenden Umgebungstemperatur dem Sende- und Empfangsverhalten des zweiten Ultraschallsensors entspricht. Verändern sich nämlich die schwingungstechnischen Eigenschaften des Stoßfängers - etwa aufgrund eines veränderten E-Moduls -, so verändern sich gleichzeitig auch die schwingungstechnischen Eigenschaften des Kotflügels, weil selbiger Kotflügel aus dem gleichen Material gebildet ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest im Bereich des ersten Ultraschallsensors der Kotflügel die gleiche Dicke wie der Stoßfänger im Bereich des zweiten
Ultraschallsensors aufweist. Auch somit sind die schwingungstechnischen Eigenschaften des Kotflügels im Bereich des ersten Ultraschallsensors stets gleich wie die
Eigenschaften des Stoßfängers im Bereich des zweiten Ultraschallsensors. Die genannte Dicke kann beispielsweise 3 mm betragen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße
Ultraschallsensoranordnung. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Ultraschallsensoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist im Ausführungsbeispiel ein
Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet eine Ultraschallsensoranordnung 2, welche vorliegend Bestandteil eines automatischen Parkhilfesystems 3 ist. Das
Parkhilfesystem unterstützt den Fahrer beim Einparken in eine Parklücke. Hierzu kann das Parkhilfesystem 3 Parklücken erfassen und eine Parkbahn berechnen, entlang welcher das Kraftfahrzeug 1 in die Parkbahn eingeparkt werden kann. Das Führen des Kraftfahrzeugs 1 in die Parklücke erfolgt dann automatisch oder aber halbautomatisch. Bei automatischen Parkhilfesystemen braucht der Fahrer den automatischen
Parkvorgang lediglich freigeben und kann ihn gegebenenfalls auch unterbrechen. Das Parkhilfesystem 3 übernimmt hier sowohl die Längsführung als auch die Querführung des Kraftfahrzeugs 1. Bei halbautomatischen Systemen braucht der Fahrer hingegen Gas geben und abbremsen, während das System beispielsweise die Querführung übernimmt.
Die Ultraschallsensoranordnung 2 umfasst einen linken und einen rechten vorderen Kotflügel 4, 5 als Verkleidungsteile des Kraftfahrzeugs 1 , wie auch einen vorderen und einen hinteren Stoßfänger 6, 7 als weitere Verkleidungsteile des Kraftfahrzeugs 1 .
Außerdem gehören zur Ultraschallsensoranordnung 2 auch ein hinterer linker Kotflügel 8 sowie ein hinterer rechter Kotflügel 9 als Verkleidungsteile. Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensoranordnung 2 eine Vielzahl von Ultraschallsensoren, deren Anzahl im Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft und exemplarisch dargestellt ist. An jedem Kotflügel 4, 5, 8, 9 ist dabei ein Ultraschallsensor 10, 1 1 , 12, 13 (erste Ultraschallsensoren) angeordnet, während am vorderen Stoßfänger 6 vier
Ultraschallsensoren 14 sowie am hinteren Stoßfänger 7 ebenfalls vier
Ultraschallsensoren 15 (zweite Ultraschallsensoren) angeordnet sind.
Gegebenenfalls können die Ultraschallsensoren lediglich hinter den vorderen Kotflügeln 4, 5 angeordnet sein, und die hinteren Kotflügel 8, 9 können frei von solchen Sensoren sein oder umgekehrt.
Alle Ultraschallsensoren 10 bis 15 sind dabei an der Rückseite des jeweiligen
Verkleidungsteils 4 bis 9 angeordnet, sodass die jeweilige Membran an dieser Rückseite anliegt und die Ultraschallwellen durch das Material des jeweiligen Verkleidungsteils 4 bis 9 hindurch übertragen werden.
Alle Ultraschallsensoren 10 bis 15 sind identische Sensoren bzw. Sensoren gleicher Bauweise und weisen auch gleiche Resonanzfrequenzen im unverbauten Zustand auf. Außerdem sind die genannten Verkleidungsteile 4 bis 9, also die Stoßfänger 6, 7 sowie die Kotflügel 4, 5, 8, 9 aus dem gleichen Material hergestellt, nämlich insbesondere aus Kunststoff. Im Bereich der Sensoren weisen die Verkleidungsteile 4 bis 9 außerdem gleiche Dicken auf. Insgesamt besitzen somit alle Ultraschallsensoren 10 bis 15 gleiche Sende- und Empfangseigenschaften bzw. werden mit der gleichen Sendefrequenz betrieben.
Alle Ultraschallsensoren 10 bis 15 sind mit einer Steuereinrichtung 16 elektrisch gekoppelt, welche beispielsweise ein Mikrocontroller ist. Die Steuereinrichtung 16 bestimmt anhand der Empfangssignale der Ultraschallsensoren 10 bis 15 die Abstände zu den Hindernissen und kann insbesondere anhand der Signale der seitlichen
Ultraschallsensoren 10, 1 1 , 12, 13 auch die Parklücken erfassen. Wird eine Parklücke erfasst, so berechnet die Steuereinrichtung 16 eine Parkbahn bzw. eine Trajektorie, entlang welcher das Kraftfahrzeug 1 in die erfasste Parklücke geführt werden kann. Unter Ausgabe entsprechender Steuersignale an eine Antriebs- und/oder Lenkeinrichtung 17 kann der Parkvorgang dann automatisch durchgeführt werden.
Die gemessenen Abstände kann die Steuereinrichtung 16 auch mit Hilfe einer
Ausgabeeinrichtung 18 ausgeben. Diese Ausgabeeinrichtung 18 ist beispielsweise ein Lautsprecher und/oder ein Display.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallsensoranordnung (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit einem Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) und einem ersten Ultraschallsensor (10 bis 13), welcher mit seiner Membran an einer Rückseite des Verkleidungsteils (4, 5, 8, 9) angeordnet ist, sodass die Membran zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen durch das Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) hindurch ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungsteil (4, 5, 8, 9) ein Kotflügel (4, 5, 8, 9) für das Kraftfahrzeug (1 ) ist.
2. Ultraschallsensoranordnung (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kotflügel (4, 5, 8, 9) aus Kunststoff gebildet ist.
3. Ultraschallsensoranordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ultraschallsensoranordnung (2) weiterhin einen Stoßfänger (6, 7) für das Kraftfahrzeug (1 ) sowie einen zweiten Ultraschallsensor (14, 15) umfasst, welcher mit seiner Membran an einer Rückseite des Stoßfängers (6, 7) angeordnet ist, sodass die Membran des zweiten Ultraschallsensors (14, 15) zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen durch den Stoßfänger (6, 7) hindurch ausgebildet ist.
4. Ultraschallsensoranordnung (2) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ultraschallsensor (10 bis 15) Sensoren gleicher Bauweise mit in unverbautem Zustand gleichen Resonanzfrequenzen sind.
5. Ultraschallsensoranordnung (2) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Frequenz der von dem ersten Ultraschallsensor (10 bis 13) ausgesendeten Ultraschallsignale gleich einer Frequenz der von dem zweiten Ultraschallsensor (14, 15) ausgesendeten Ultraschallsignale ist.
6. Ultraschallsensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest im Bereich des ersten Ultraschallsensors (10 bis 13) der Kotflügel (4, 5, 8, 9) aus dem gleichen Material wie der Stoßfänger (6, 7) gebildet ist.
7. Ultraschallsensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest im Bereich des ersten Ultraschallsensors (10 bis 13) der Kotflügel (4, 5, 8, 9) die gleiche Dicke wie der Stoßfänger (6, 7) im Bereich des zweiten
Ultraschallsensors (14, 15) aufweist.
8. Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Ultraschallsensoranordnung (2) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2013/065507 2012-07-24 2013-07-23 Alternativer einbau eines verdeckten ultraschallsensors im kraftfahrzeug WO2014016293A1 (de)

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