WO2016016056A1 - Ultraschallsensorvorrichtung für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren - Google Patents

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WO2016016056A1
WO2016016056A1 PCT/EP2015/066708 EP2015066708W WO2016016056A1 WO 2016016056 A1 WO2016016056 A1 WO 2016016056A1 EP 2015066708 W EP2015066708 W EP 2015066708W WO 2016016056 A1 WO2016016056 A1 WO 2016016056A1
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ultrasonic sensor
actuator
sensor device
ultrasonic
control device
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PCT/EP2015/066708
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Thomas Jung
Wolfgang Hamm
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01S2007/52007—Means for monitoring or calibrating involving adjustment of transmitted power

Definitions

  • Ultrasonic sensor device for a motor vehicle, motor vehicle and method
  • the present invention relates to an ultrasonic sensor device for a motor vehicle, comprising an ultrasound diaphragm, an actuator for moving the ultrasound diaphragm and a control device for actuating the actuator. Moreover, the present invention relates to a motor vehicle with at least one such
  • the present invention relates to a method for operating an ultrasonic sensor device for a motor vehicle.
  • Such mechatronic systems usually include a mechanical one
  • Component an electronic component and an information technology
  • the interest is directed in particular to mechatronic systems which have a mechanical component, an actuating device or an actuator for moving the mechanical component and a control device for actuating the actuator.
  • Such a mechatronic system of a motor vehicle can be for example an ultrasonic sensor or an ultrasonic sensor device.
  • Ultrasonic sensors are used, for example, to detect objects in the environment of the motor vehicle and in particular to determine a distance to an object.
  • Such an ultrasonic sensor usually has an ultrasonic membrane as a mechanical component. This ultrasonic membrane can be moved or put into mechanical vibrations.
  • the ultrasonic membrane can be moved or put into mechanical vibrations.
  • Ultrasonic sensor on an actuator which may be formed, for example, as a piezoelectric actuator.
  • the ultrasonic sensor can with a corresponding
  • Control device which may be formed for example by a control unit of the motor vehicle, are controlled by means of an electrical signal.
  • the ultrasonic sensor devices age over time. especially the
  • Ultrasonic diaphragm as a mechanical component that is moved or set in mechanical vibration changes its performance over time due to wear and tear. For example, this deteriorates with ultrasonic sensors
  • Ultrasonic sensor device of the type mentioned can be operated reliably.
  • the actuator for moving the ultrasound diaphragm
  • a control device for actuating the actuator.
  • Ultrasonic sensor device on a memory device, in which a
  • Control device is designed to determine an age of the ultrasonic sensor device based on the stored production date.
  • the ultrasonic sensor device represents a mechatronic system.
  • This mechatronic system has a mechanical component in the form of the
  • the mechatronic system has a corresponding actuator, which serves to move or vibrate the mechanical component.
  • the actuator can be controlled in particular with an electrical signal.
  • the actuator can therefore be designed as an electromechanical converter.
  • the ultrasonic sensor device comprises a
  • Control device which may be formed for example by a control unit of the motor vehicle. With the control device electrical signals can be output for driving the actuator.
  • the present invention is based on the finding that an age of the ultrasound sensor device can be determined simply by virtue of a production date of the ultrasound sensor device in a memory device of the ultrasound sensor device
  • Ultrasonic sensor device is deposited. This can then be read out accordingly with the control device and thus the age or the life of the
  • Ultrasonic sensor device can be determined. The production date of the
  • Ultrasonic sensor device may be stored in the memory device after fabrication of the ultrasonic sensor device. Via a corresponding data connection, the production date from the storage device by means of the control device be easily read out. Thus, the age of the ultrasonic sensor device can be determined with little effort.
  • control device is designed to determine a current date and to determine the age of the ultrasonic sensor device based on a comparison of the determined current date with the stored production date.
  • Control device may include a corresponding microcontroller or a digital signal processor.
  • control device a
  • corresponding clock or include a clock with which the current date can be determined. From a comparison of the current date with the
  • the ultrasonic sensor device has a temperature detection device for continuously detecting a temperature of the ultrasound membrane and / or of the actuator.
  • Temperature detection device may, for example, a corresponding
  • Temperature sensor which is arranged in close proximity to the ultrasonic diaphragm or to the actuator, have.
  • Temperature load of the ultrasonic sensor can be determined. For example, corresponding temperature fluctuations can be recorded, to which the
  • Ultrasonic membrane is exposed.
  • a threshold value for the temperature is specified, and it is checked how often this threshold value is exceeded.
  • external influences or environmental influences on the ultrasonic sensor device and in particular the mechanical component, ie the ultrasound membrane can be monitored.
  • the ultrasonic sensor device comprises a
  • Detection device for detecting a number of activation processes of the actuator.
  • the detection device can be used to determine how often the actuator has been switched on or activated. Thus it can be determined how often the
  • Ultrasonic sensor device and in particular the ultrasonic diaphragm or the actuator are inferred.
  • the control device is adapted to a
  • the current operating state can be determined both on the basis of age, the external influences and the operating time.
  • control device is adapted to the actuator in
  • the ultrasonic sensor device has already aged or has been claimed. This can be taken into account in the control of the ultrasonic sensor device and in particular in the control of the actuator. Thus, the compensation of aging or stress can be achieved.
  • the controller is configured to provide power to operate the actuator in response to the particular operating condition of the actuator
  • Adjust ultrasound membrane and / or the actuator In particular, an electrical power with which the actuator is operated can be increased. In this way, the aging phenomena of the ultrasonic sensor device and in particular its mechanical component can be compensated.
  • the control device is preferably designed to adapt a frequency for operating the actuator as a function of the specific operating state of the ultrasound membrane and / or of the actuator. This aspect proves particularly advantageous since the ultrasonic membrane is usually operated at resonant frequency. Due to aging or operation, the resonance frequency of the
  • the ultrasonic sensor device can be operated energy-efficiently.
  • the ultrasonic sensor device has a measuring device for measuring the movement of the ultrasound membrane and the control device is adapted to the measuring device in dependence on the specific operating state of
  • the measuring device may include a corresponding sensor with which the movement or the mechanical vibration of the membrane can be detected.
  • the operating state which takes into account the aging and / or the load of the ultrasound membrane can be taken into account. In this way, the movement of the ultrasound membrane can be reliably detected.
  • control device is designed to amplify a
  • Adjusting the operating state of the ultrasonic membrane and / or the actuator It can be considered here that the ultrasound membrane wears over time. Thus, when measuring the motion or vibration of the ultrasound membrane, lower signal amplitudes can be achieved. By appropriate amplification of these measurement signals, the movement of the ultrasound membrane can be reliably detected.
  • the actuator preferably comprises a piezoelectric element.
  • An actuator comprising or formed by a piezoelectric element can be manufactured easily and inexpensively.
  • the piezoelectric element can be used to detect the mechanical vibration of the ultrasonic membrane.
  • the actuator can also be used as the measuring device.
  • the motor vehicle according to the invention comprises at least one ultrasonic sensor device according to the invention.
  • the motor vehicle is in particular as
  • the method according to the invention serves to operate an ultrasonic sensor device for a motor vehicle.
  • an actuator is controlled by means of a control device and an ultrasonic diaphragm is moved by means of the actuator.
  • an age of the ultrasonic sensor device is determined by means of the control device on the basis of a production date which is stored in a storage device of the ultrasonic sensor device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an ultrasonic sensor device according to an embodiment of the invention.
  • the ultrasound sensor device 1 represents a mechatronic system 1.
  • This mechatronic system comprises a mechanical component 2, which in the present case is designed as an ultrasound membrane 3.
  • the ultrasonic membrane 3 may be made of aluminum, for example.
  • the ultrasonic membrane 3 can be made of aluminum, for example.
  • the ultrasonic sensor device 1 comprises an actuator 4 with which the mechanical component 2 or the ultrasound membrane 3 can be moved.
  • the actuator 4 is designed to set the ultrasonic membrane 3 in mechanical vibrations.
  • the actuator 4 is designed as an electromechanical transducer, that is, it can convert an electrical input signal into a mechanical movement.
  • the actuator 4 is preferably connected to the mechanical component 2.
  • the actuator 4 comprises a piezoelectric element 5.
  • the Ultrasonic diaphragm 3 and the actuator 4 are at least partially in one
  • common housing 6 is arranged.
  • the ultrasonic sensor device 1 comprises a control device 7.
  • the control device 7 may be formed, for example, by a control device of the motor vehicle.
  • the control device 7 may have a microcontroller and / or a digital signal processor.
  • the control device 7 is connected to the ultrasonic sensor device 1 via an electrical connection or a data line. This is illustrated by way of example by the line 8.
  • the line 8 illustrates by way of example by the line 8.
  • Control device 7 electrically connected to the actuator 4. With the control device 7, a corresponding electrical signal for driving the actuator 4 can be output.
  • the control device 7 is provided as a separate component. But it can also be provided that the
  • Control device 7 is arranged in the housing 6.
  • the ultrasonic sensor device 1 comprises a memory device 9.
  • the memory device 9 is designed in particular as a non-volatile memory.
  • the production date of the ultrasonic sensor device 1 is stored. For this purpose, after the production of the
  • Ultrasonic sensor device 1 or at the end of manufacturing the production date are stored in the memory device 9. Furthermore, the
  • Ultrasonic sensor device 1 a temperature detection device 10, with which the temperature of the ultrasonic sensor device 1 and in particular the mechanical component 2 can be detected.
  • the temperature detection device 10 may for this purpose include a corresponding temperature sensor.
  • the ultrasonic sensor device 1 comprises a detection device 1 1, with which a number of activation processes of the actuator 4 can be detected. In other words, can be detected with the detection device 1 1, how often the actuator 4 has been turned on. For this purpose, it can be determined, for example, how often a corresponding
  • Control signal has been transmitted from the control device 7 to the actuator 4.
  • the piezoelectric element 5 serves not only as an actuator 4 but also as a measuring device 12. With the measuring device 12, a mechanical movement or a mechanical vibration of the mechanical component 2 or the ultrasonic diaphragm 3 can be detected.
  • the piezoelectric element 5 can first be subjected to an electrical voltage, as a result of which the mechanical component 2 or the ultrasound membrane 3 in FIG Oscillation is shifted. After a predetermined decay time, a mechanical vibration of the mechanical component 2 or the
  • Ultrasonic diaphragm 3 are detected. This can for example come from an echo of an ultrasonic signal, which is reflected by an object.
  • the piezoelectric element 5 converts the mechanical movement of the mechanical component 2 into an electrical signal, which can be evaluated by the control device 7.
  • the ultrasonic sensor device 1 When the ultrasonic sensor device 1 is operated, performance losses due to aging of the ultrasonic sensor device 1 and, in particular, the mechanical component 2 or the ultrasonic diaphragm 3 result over time.
  • the ultrasonic diaphragm 3, which is set in mechanical vibration, may over time wear out.
  • holding elements, on which the ultrasonic membrane 3 is held wear over time.
  • the age of the ultrasonic sensor device 1 the age of the
  • Ultrasonic sensor device 1 determined.
  • the production date is read from the memory device 9 by means of the control device 7.
  • the control device 7 can now determine the current date, for example, based on the data of a clock.
  • the control device 7 is designed to determine the age of the ultrasonic sensor device 1 and in particular of the ultrasonic diaphragm 3 on the basis of a comparison of the current date with the read-out production date.
  • an operating state of the ultrasonic sensor device 1 is to be determined, which describes to what extent the ultrasonic sensor device 1 has already aged or was claimed.
  • the age of the ultrasonic sensor device 1 is to be determined, which describes to what extent the ultrasonic sensor device 1 has already aged or was claimed.
  • Ultrasonic sensor device 1 the environmental influences that in the course of time on the
  • Ultrasonic sensor device 1 acted to be determined.
  • the control device 7 can read the data of the temperature detection device 10. For example, it can be determined how many times a predetermined one
  • Temperature threshold which can bear, for example, 90 ° C b has been exceeded. Furthermore, it can be taken into account which temperature fluctuations the
  • Ultrasonic sensor device 1 has been exposed. Another aspect to the
  • Determining the operating state of the ultrasonic sensor device 1 is the number of turn-on operations.
  • the control device 7 read out the data of the detection device 1 1.
  • it can be determined how often the actuator 4 has already been activated.
  • a counter may be provided which in
  • the counter can be increased. Even if the number of activation operations is above a certain threshold, the counter can be increased accordingly. In the other case, for example, if the actuator 4 was rarely activated, the count can be lowered. This can also be done, for example, if the
  • Temperature load of the ultrasonic sensor device 1 is within a predetermined range, in which only a slight influence of the ultrasonic sensor device 1 is expected.
  • the control of the actuator 4 can now be influenced by the control device 7 accordingly.
  • Ultrasonic sensor device 1 has reached a predetermined threshold, the electrical power with which the actuator 4 is driven, can be increased. Furthermore, it can be provided that a frequency of an electrical signal, with which the actuator 4 is controlled, is adjusted. In particular, in ultrasonic sensors, the
  • the resonance frequency of the mechanical component 2 and the ultrasonic diaphragm can reduce over time by mechanical wear. This usually small shift of the resonant frequency can be achieved by adjusting the frequency of the electrical
  • Control signal which is transmitted from the control device 7 to the actuator 4, are taken into account.
  • Ultrasonic sensor device 1 are taken into account when reading the measurement signals. For this purpose, for example, a measurement signal or a received signal, which is detected by the measuring device 12, can be increased from a predetermined operating state. In this way, the ultrasonic sensor device 1 can be reliably operated and its aging compensated.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a flow chart which describes a method for operating the ultrasonic sensor device 1.
  • the ultrasonic sensor device 1 is started. This can be done, for example, when the ignition of the motor vehicle is activated.
  • Sensor data read out. In this case, the production date can be read from the memory device 9 with the control device 7. Alternatively or additionally, the data of the temperature detection device 10 and the data of the detection device 1 1 can be read. On the basis of these data, the service life or operating state of the ultrasonic sensor device 1 or the mechatronic system is calculated in a step S3.
  • a step S4 the activation of the actuator 4 by means of the control device 7 or the evaluation of the measurement signals, which are transmitted from the measuring device 12 to the
  • Control device 7 are transmitted, adapted.
  • predefined aging data can be taken into account, which are provided in a step S5.
  • Temperature detection device 10 and the detection device 1 1 are taken into account.
  • the ultrasonic sensor device 1 can be reprogrammed accordingly. That is, the operating parameters for driving the actuator 4 by means of the control device 7 and for evaluating the measurement data, the of the
  • Measuring device 12 are transmitted to the control device 7, can be stored in the control device 7. Finally, in a step S7 results in an ultrasonic sensor device 1, which has the performance or performance of a new part.
  • the method for operating the ultrasonic sensor device 1 can basically be transferred to all mechatronic systems which have a mechanical component which is moved and is thus subject to wear. Thus, the aging of the mechatronic system can be reliably compensated.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ultraschallmembran (3), mit einem Aktor (4) zum Bewegen der Ultraschallmembran (3) und mit einer Steuereinrichtung (7) zum Ansteuern des Aktors (4), wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (1) eine Speichereinrichtung (9) aufweist, in welcher ein Produktionsdatum der Ultraschallsensorvorrichtung (1) gespeichert ist, und die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, ein Alter der Ultraschallsensorvorrichtung (1) anhand des gespeicherten Produktionsdatums zu bestimmen.

Description

Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ultraschallmembran, mit einem Aktor zum Bewegen der Ultraschallmembran und mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern des Aktors. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen
Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen eine Vielzahl von mechatronischen Systemen auf.
Solche mechatronischen Systeme umfassen üblicherweise eine mechanische
Komponente, eine elektronische Komponente und eine informationstechnische
Komponente. Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf mechatronische Systeme, die eine mechanische Komponente, eine Stelleinrichtung bzw. einen Aktor zum Bewegen der mechanischen Komponente und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Aktors aufweisen.
Ein solches mechatronisches System eines Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Ultraschallsensor bzw. eine Ultraschallsensorvorrichtung sein. Derartige
Ultraschallsensoren werden beispielsweise dazu verwendet, Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen und insbesondere einen Abstand zu einem Objekt zu ermitteln. Ein solcher Ultraschallsensor weist üblicherweise eine Ultraschallmembran als mechanische Komponente auf. Diese Ultraschallmembran kann bewegt werden bzw. in mechanische Schwingungen versetzt werden. Zu diesem Zweck weist der
Ultraschallsensor einen Aktor auf, die beispielsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildet sein kann. Der Ultraschallsensor kann mit einer entsprechenden
Steuereinrichtung, die beispielsweise durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein kann, mittels eines elektrischen Signals angesteuert werden.
Die Ultraschallsensorvorrichtungen altern im Laufe der Zeit. Insbesondere die
Ultraschallmembran als mechanische Komponente, die bewegt wird oder in mechanische Schwingungen versetzt wird, ändert im Laufe der Zeit durch Verschleiß und Abnutzung ihr Betriebsverhalten. Beispielsweise verschlechtert sich bei Ultraschallsensoren das
Detektionsverhalten mit der Lebensdauer. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine
Ultraschallsensorvorrichtung der eingangs genannten Art zuverlässiger betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Ultraschallmembran, einen Aktor zum Bewegen der Ultraschallmembran und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Aktors. Dabei weist die
Ultraschallsensorvorrichtung eine Speichereinrichtung auf, in welcher ein
Produktionsdatum der Ultraschallsensorvorrichtung gespeichert ist und die
Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, ein Alter der Ultraschallsensorvorrichtung anhand des gespeicherten Produktionsdatums zu bestimmen.
Die Ultraschallsensorvorrichtung stellt ein mechatronisches System dar. Dieses mechatronische System weist eine mechanische Komponente in Form der
Ultraschallmembran auf. Darüber hinaus weist das mechatronische System einen entsprechenden Aktor auf, der dazu dient, die mechanische Komponente zu bewegen bzw. in Schwingungen zu versetzen. Der Aktor kann insbesondere mit einem elektrischen Signal angesteuert werden. Der Aktor kann also als elektromechanischer Wandler ausgebildet sein. Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung eine
Steuereinrichtung, die beispielsweise durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein kann. Mit der Steuereinrichtung können elektrische Signale zum Ansteuern des Aktors ausgegeben werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass ein Alter der Ultraschallsensorvorrichtung einfach dadurch bestimmt werden kann, dass in einer Speichereinrichtung der Ultraschallsensorvorrichtung ein Produktionsdatum der
Ultraschallsensorvorrichtung hinterlegt wird. Dieses kann dann mit der Steuereinrichtung entsprechend ausgelesen und somit das Alter bzw. die Lebensdauer der
Ultraschallsensorvorrichtung bestimmt werden. Das Produktionsdatum der
Ultraschallsensorvorrichtung kann nach der Fertigung der Ultraschallsensorvorrichtung in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Über eine entsprechende Datenverbindung kann das Produktionsdatum aus der Speichereinrichtung mittels der Steuereinrichtung einfach ausgelesen werden. Somit kann das Alter der Ultraschallsensorvorrichtung mit geringem Aufwand bestimmt werden.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein aktuelles Datum zu ermitteln und das Alter der Ultraschallsensorvorrichtung anhand eines Vergleichs des ermittelten aktuellen Datums mit dem gespeicherten Produktionsdatum zu bestimmen. Die
Steuereinrichtung kann einen entsprechenden MikroController oder einen digitalen Signalprozessor umfassen. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung einen
entsprechenden Taktgeber bzw. eine Uhr umfassen, mit dem das aktuelle Datum bestimmt werden kann. Aus einem Vergleich des aktuellen Datums mit dem
Produktionsdatum, das aus der Speichereinrichtung der Ultraschallsensorvorrichtung ausgelesen wird, kann das Alter bzw. die Lebensdauer der Ultraschallsensorvorrichtung auf einfache Weise und zuverlässig bestimmt werden.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ultraschallsensorvorrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung zum kontinuierlichen Erfassen einer Temperatur der Ultraschallmembran und/oder des Aktors aufweist. Die
Temperaturerfassungseinrichtung kann beispielsweise einen entsprechenden
Temperatursensor, der in unmittelbarer Nähe zu der Ultraschallmembran bzw. zu dem Aktor angeordnet ist, aufweisen. Somit kann auf einfache Weise eine
Temperaturbelastung des Ultraschallsensors ermittelt werden. Beispielsweise können entsprechende Temperaturschwankungen aufgezeichnet werden, denen die
Ultraschallmembran ausgesetzt ist. In diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, dass ein Schwellenwert für die Temperatur vorgegeben wird, und überprüft wird, wie oft dieser Schwellenwert überschritten wird. Auf diese Weise können äußere Einflüsse bzw. Umwelteinflüsse auf die Ultraschallsensorvorrichtung und insbesondere die mechanische Komponente, also die Ultraschallmembran, überwacht werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung eine
Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Anzahl von Aktivierungsvorgängen des Aktors. Mit anderen Worten kann mit der Erfassungseinrichtung ermittelt werden, wie oft der Aktor eingeschaltet bzw. aktiviert wurde. Somit kann bestimmt werden, wie oft die
Ultraschallsensorvorrichtung bereits betrieben wurde. Anhand der Anzahl von
Einschaltvorgängen kann auf einfache Weise auf die Beanspruchung der
Ultraschallsensorvorrichtung und insbesondere der Ultraschallmembran bzw. des Aktors rückgeschlossen werden. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen
Betriebszustand der Ultraschallmembran und/oder des Aktors anhand des bestimmten Alters und/oder der erfassten Temperatur und/oder der erfassten Anzahl von
Aktivierungsvorgängen zu bestimmen. Somit kann auf einfache Weise anhand des Betriebszustands ermittelt werden, inwieweit die Ultraschallsensorvorrichtung einer Alterung unterlegen ist bzw. wie der Sensor bereits beansprucht wurde. Hierzu kann das Alter des Sensors berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann berücksichtigt werden, welche Temperaturschwankungen bereits auf die Ultraschallsensorvorrichtung bzw. die Membran eingewirkt haben. Zudem kann berücksichtigt werden, welchen Maximaltemperaturen und/oder Minimaltemperaturen die Ultraschallsensorvorrichtung ausgesetzt war. Weiterhin kann die Anzahl der Aktivierungsvorgänge bzw. der
Einschaltvorgänge berücksichtigt werden. Somit kann der aktuelle Betriebszustand sowohl anhand des Alters, der äußeren Einflüsse und der Betriebsdauer ermittelt werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Aktor in
Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der Ultraschallmembran und/oder des Aktors anzusteuern. Anhand des ermittelten Betriebszustands kann darauf
rückgeschlossen werden, inwieweit die Ultraschallsensorvorrichtung bereits gealtert ist bzw. beansprucht wurde. Dies kann bei der Ansteuerung der Ultraschallsensorvorrichtung und insbesondere bei der Ansteuerung des Aktors berücksichtigt werden. Somit kann die Kompensation der Alterung bzw. der Beanspruchung erreicht werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Leistung zum Betreiben des Aktors in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der
Ultraschallmembran und/oder des Aktors anzupassen. Insbesondere kann eine elektrische Leistung, mit welcher der Aktor betrieben wird, erhöht werden. Auf diese Weise können die Alterungserscheinungen der Ultraschallsensorvorrichtung und insbesondere seiner mechanischen Komponente ausgeglichen werden.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Frequenz zum Betreiben des Aktors in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der Ultraschallmembran und/oder des Aktors anzupassen. Dieser Aspekt erweist sich insbesondere als vorteilhaft, da die Ultraschallmembran üblicherweise in Resonanzfrequenz betrieben wird. Bedingt durch die Alterung bzw. durch den Betrieb kann sich die Resonanzfrequenz der
Ultraschallmembran geringfügig verändern. Durch eine Anpassung der Frequenz, mit der der Aktor angesteuert wird, kann dieser Drift in der Resonanzfrequenz ausgeglichen werden. Somit kann die Ultraschallsensorvorrichtung energieeffizient betrieben werden. Bevorzugt weist die Ultraschallsensorvorrichtung eine Messeinrichtung zum Messen der Bewegung der Ultraschallmembran auf und die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Messeinrichtung in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der
Ultraschallmembran und/oder des Aktors anzusteuern. Die Messeinrichtung kann einen entsprechenden Sensor umfassen, mit dem die Bewegung bzw. die mechanische Schwingung der Membran erfasst werden kann. Bei dem Messen der Bewegung der Ultraschallmembran bzw. der Signalauswertung kann der Betriebszustand berücksichtigt werden, der die Alterung und/oder die Beanspruchung der Ultraschallmembran berücksichtigt. Auf diese Weise kann die Bewegung der Ultraschallmembran zuverlässig erfasst werden.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Verstärkung eines
Empfangssignals der Messeinrichtung in Abhängigkeit von dem bestimmten
Betriebszustand der Ultraschallmembran und/oder des Aktors anzupassen. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass die Ultraschallmembran im Laufe der Zeit verschleißt. Somit können beim Messen der Bewegung bzw. der Schwingung der Ultraschallmembran geringere Signalamplituden erreicht werden. Durch eine entsprechende Verstärkung dieser Messsignale kann die Bewegung der Ultraschallmembran zuverlässig erfasst werden.
Bevorzugt umfasst der Aktor ein piezoelektrisches Element. Ein Aktor, der ein piezoelektrisches Element umfasst oder durch dieses gebildet ist, kann einfach und kostengünstig gefertigt werden. Zudem kann das piezoelektrische Element dazu verwendet werden, die mechanische Schwingung der Ultraschallmembran zu erfassen. Somit kann der Aktor auch als die Messeinrichtung verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als
Personenkraftwagen ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird mittels einer Steuereinrichtung ein Aktor angesteuert und eine Ultraschallmembran mittels des Aktors bewegt. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung ein Alter der Ultraschallsensorvorrichtung anhand eines Produktionsdatums bestimmt wird, welches in einer Speichereinrichtung der Ultraschallsensorvorrichtung gespeichert ist. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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 sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ultraschallsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Ultraschallsensorvorrichtung 1 stellt ein mechatronisches System 1 dar. Dieses mechatronische System umfasst eine mechanische Komponente 2, die vorliegend als Ultraschallmembran 3 ausgebildet ist. Die Ultraschallmembran 3 kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein. Die Ultraschallmembran 3 kann
insbesondere eine Resonanzfrequenz zwischen 40 kHz und 60 kHz aufweisen. Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 1 einen Aktor 4, mit der die mechanische Komponente 2 bzw. die Ultraschallmembran 3 bewegt werden kann. Insbesondere ist der Aktor 4 dazu ausgelegt, die Ultraschallmembran 3 in mechanische Schwingungen zu versetzen. Der Aktor 4 ist als elektromechanischer Wandler ausgebildet, das heißt sie kann ein elektrisches Eingangssignal in eine mechanische Bewegung wandeln. Der Aktor 4 ist bevorzug mit der mechanischen Komponente 2 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Aktor 4 ein piezoelektrisches Element 5. Die Ultraschallmembran 3 und der Aktor 4 sind zumindest bereichsweise in einem
gemeinsamen Gehäuse 6 angeordnet.
Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 kann beispielsweise durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Die Steuereinrichtung 7 kann einen MikroController und/oder einen digitalen Signalprozessor aufweisen. Die Steuereinrichtung 7 ist über eine elektrische Verbindung bzw. eine Datenleitung mit der Ultraschallsensorvorrichtung 1 verbunden. Dies ist vorliegend beispielhaft durch die Linie 8 verdeutlicht. Insbesondere ist die
Steuereinrichtung 7 mit dem Aktor 4 elektrisch verbunden. Mit der Steuereinrichtung 7 kann ein entsprechendes elektrisches Signal zum Ansteuern des Aktors 4 ausgegeben werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 7 als separates Bauteil vorgesehen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die
Steuereinrichtung 7 in dem Gehäuse 6 angeordnet ist.
Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 1 eine Speichereinrichtung 9. Die Speichereinrichtung 9 ist insbesondere als nicht flüchtiger Speicher ausgebildet. In der Speichereinrichtung 9 ist das Produktionsdatum der Ultraschallsensorvorrichtung 1 gespeichert. Zu diesem Zweck kann nach der Herstellung der
Ultraschallsensorvorrichtung 1 bzw. am Ende der Fertigung das Produktionsdatum in der Speichereinrichtung 9 gespeichert werden. Ferner umfasst die
Ultraschallsensorvorrichtung 1 eine Temperaturerfassungseinrichtung 10, mit der die Temperatur der Ultraschallsensorvorrichtung 1 und insbesondere der mechanischen Komponente 2 erfasst werden kann. Die Temperaturerfassungseinrichtung 10 kann hierzu einen entsprechenden Temperatursensor umfassen. Des Weiteren umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 1 eine Erfassungseinrichtung 1 1 , mit der eine Anzahl von Aktivierungsvorgängen des Aktors 4 erfasst werden kann. Mit anderen Worten kann mit der Erfassungseinrichtung 1 1 erfasst werden, wie oft der Aktor 4 eingeschaltet wurde. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ermittelt werden, wie oft ein entsprechendes
Steuersignal von der Steuereinrichtung 7 an den Aktor 4 übertragen wurde.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das piezoelektrische Element 5 nicht nur als Aktor 4 sondern auch als Messeinrichtung 12. Mit der Messeinrichtung 12 kann eine mechanische Bewegung bzw. eine mechanische Schwingung der mechanischen Komponente 2 bzw. der Ultraschallmembran 3 erfasst werden. Beispielsweise kann das piezoelektrische Element 5 zunächst mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, wodurch die mechanische Komponente 2 bzw. die Ultraschallmembran 3 in Schwingung versetzt wird. Nach einer vorbestimmten Ausschwingdauer kann eine mechanische Schwingung der mechanischen Komponente 2 bzw. der
Ultraschallmembran 3 erfasst werden. Diese kann beispielsweise von einem Echo eines Ultraschallsignals stammen, das von einem Objekt reflektiert wird. Das piezoelektrische Element 5 wandelt hierzu die mechanische Bewegung der mechanischen Komponente 2 in ein elektrisches Signal um, das mit der Steuereinrichtung 7 ausgewertet werden kann.
Wenn die Ultraschallsensorvorrichtung 1 betrieben wird, ergeben sich im Laufe der Zeit Performance- Verluste aufgrund der Alterung der Ultraschallsensorvorrichtung 1 und insbesondere der mechanischen Komponente 2 bzw. der Ultraschallmembran 3. Die Ultraschallmembran 3, die in mechanische Schwingungen versetzt wird, kann im Laufe der Zeit verschleißen. Ebenso können Halteelemente, an denen die Ultraschallmembran 3 gehalten ist, im Laufe der Zeit verschleißen. Um die Alterung bzw. die Beanspruchung der Ultraschallsensorvorrichtung 1 zu bestimmen, wird nun das Alter der
Ultraschallsensorvorrichtung 1 ermittelt. Dazu wird mittels der Steuereinrichtung 7 das Produktionsdatum aus der Speichereinrichtung 9 ausgelesen. Die Steuereinrichtung 7 kann nun das aktuelle Datum beispielsweise anhand der Daten eines Taktgebers bestimmen. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 7 dazu ausgelegt, anhand eines Vergleichs des aktuellen Datums mit dem ausgelesenen Produktionsdatum das Alter der Ultraschallsensorvorrichtung 1 und insbesondere der Ultraschallmembran 3 zu ermitteln.
Vorliegend soll insbesondere ein Betriebszustand der Ultraschallsensorvorrichtung 1 ermittelt werden, welcher beschreibt, inwieweit die Ultraschallsensorvorrichtung 1 bereits gealtert ist bzw. beansprucht wurde. Hierzu können neben dem Alter der
Ultraschallsensorvorrichtung 1 die Umwelteinflüsse, die im Laufe der Zeit auf die
Ultraschallsensorvorrichtung 1 eingewirkt haben, bestimmt werden. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 7 die Daten der Temperaturerfassungseinrichtung 10 auslesen. So kann beispielsweise ermittelt werden, wie oft ein vorbestimmter
Temperaturschwellenwert, der beispielsweise 90°C b etragen kann, überschritten wurde. Weiterhin kann berücksichtigt werden, welchen Temperaturschwankungen die
Ultraschallsensorvorrichtung 1 ausgesetzt wurde. Ein weiterer Aspekt, der zur
Bestimmung des Betriebszustands der Ultraschallsensorvorrichtung 1 berücksichtigt werden kann, ist die Anzahl der Einschaltvorgänge. Hierzu kann die Steuereinrichtung 7 die Daten der Erfassungseinrichtung 1 1 auslesen. Somit kann bestimmt werden, wie oft der Aktor 4 bereits angesteuert wurde. Zur Bestimmung des Betriebszustands kann ein Zähler vorgesehen sein, der in
Abhängigkeit von dem bestimmten Alter der Ultraschallsensorvorrichtung 1 hochgezählt wird. Bei einer deutlichen Temperaturbeeinflussung, das heißt beispielsweise wenn ein Temperaturschwellenwert überschritten und/oder unterschritten wird, kann der Zähler erhöht werden. Auch wenn die Anzahl der Aktivierungsvorgänge über einem bestimmten Schwellenwert liegt, kann der Zähler entsprechend erhöht werden. Im anderen Fall, beispielsweise wenn der Aktor 4 nur selten angesteuert wurde, kann der Zählerstand erniedrigt werden. Dies kann beispielsweise auch durchgeführt werden, wenn die
Temperaturbelastung der Ultraschallsensorvorrichtung 1 in einem vorbestimmten Bereich liegt, in dem nur mit einer geringen Beeinflussung der Ultraschallsensorvorrichtung 1 zu rechnen ist.
Um die Alterung bzw. die Beanspruchung der Ultraschallsensorvorrichtung 1 zu kompensieren, kann nun die Ansteuerung des Aktors 4 mittels der Steuereinrichtung 7 entsprechend beeinflusst werden. Wenn der Betriebszustand der
Ultraschallsensorvorrichtung 1 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, kann die elektrische Leistung, mit der der Aktor 4 angesteuert wird, erhöht werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass eine Frequenz eines elektrischen Signals, mit der der Aktor 4 angesteuert wird, angepasst wird. Insbesondere bei Ultraschallsensoren, die
üblicherweise in Resonanzfrequenz betrieben werden, kann sich die Resonanzfrequenz der mechanischen Komponente 2 bzw. der Ultraschallmembran im Laufe der Zeit durch mechanischen Verschleiß verringern. Diese üblicherweise geringfügige Verschiebung der Resonanzfrequenz kann durch die Anpassung der Frequenz des elektrischen
Steuersignals, das von der Steuereinrichtung 7 an den Aktor 4 übertragen wird, berücksichtigt werden.
Darüber hinaus kann die Alterung bzw. die Beanspruchung der
Ultraschallsensorvorrichtung 1 beim Auslesen der Messsignale berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Messsignal bzw. ein Empfangssignal, das mit der Messeinrichtung 12 erfasst wird, ab einem vorbestimmten Betriebszustand erhöht werden. Auf diese Weise kann die Ultraschallsensorvorrichtung 1 zuverlässig betrieben werden und seine Alterung kompensiert werden.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben der Ultraschallsensorvorrichtung 1 beschreibt. In einem ersten Schritt S1 wird die Ultraschallsensorvorrichtung 1 gestartet. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn die Zündung des Kraftfahrzeugs aktiviert wird. In einem weiteren Schritt S2 werden Sensordaten ausgelesen. Hierbei kann mit der Steuereinrichtung 7 das Produktionsdatum aus der Speichereinrichtung 9 ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Daten der Temperaturerfassungseinrichtung 10 und die Daten der Erfassungseinrichtung 1 1 ausgelesen werden. Anhand dieser Daten wird in einem Schritt S3 die Lebensdauer bzw. der Betriebszustand der Ultraschallsensorvorrichtung 1 bzw. des mechatronischen Systems berechnet.
In einem Schritt S4 wird nun die Ansteuerung des Aktors 4 mittels der Steuereinrichtung 7 oder das Auswerten der Messsignale, die von der Messeinrichtung 12 an die
Steuereinrichtung 7 übertragen werden, angepasst. Hierbei können auch vordefinierte Alterungsdaten berücksichtigt werden, die in einem Schritt S5 bereitgestellt werden. Zur Bestimmung der vordefinierten Alterungsdaten können auch die Daten der
Temperaturerfassungseinrichtung 10 und der Erfassungseinrichtung 1 1 berücksichtigt werden. In einem Schritt S6 kann die Ultraschallsensorvorrichtung 1 entsprechend neu programmiert werden. Das heißt die Betriebsparameter zum Ansteuern des Aktors 4 mittels der Steuereinrichtung 7 und zum Auswerten der Messdaten, die von der
Messeinrichtung 12 an die Steuereinrichtung 7 übertragen werden, können in der Steuereinrichtung 7 hinterlegt werden. Letztendlich ergibt sich in einem Schritt S7 eine Ultraschallsensorvorrichtung 1 , der die Leistungsfähigkeit bzw. Performance eines Neuteils aufweist.
Das Verfahren zum Betreiben der Ultraschallsensorvorrichtung 1 kann grundsätzlich auf alle mechatronischen Systeme übertragen werden, die eine mechanische Komponente aufweisen, welche bewegt wird und somit einem Verschleiß unterliegt. Somit kann die Alterung des mechatronischen Systems zuverlässig kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Ultraschallsensorvornchtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Ultraschallmembran (3), mit einem Aktor (4) zum Bewegen der Ultraschallmembran (3) und mit einer Steuereinrichtung (7) zum Ansteuern des Aktors (4),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ultraschallsensorvornchtung (1 ) eine Speichereinrichtung (9) aufweist, in welcher ein Produktionsdatum der Ultraschallsensorvornchtung (1 ) gespeichert ist, und die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, ein Alter der
Ultraschallsensorvornchtung (1 ) anhand des gespeicherten Produktionsdatums zu bestimmen.
2. Ultraschallsensorvornchtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, ein aktuelles Datum zu ermitteln und das Alter der Ultraschallsensorvornchtung (1 ) anhand eines Vergleichs des ermittelten aktuellen Datums mit dem gespeicherten Produktionsdatum zu bestimmen.
3. Ultraschallsensorvornchtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ultraschallsensorvornchtung (1 ) eine Temperaturerfassungseinrichtung (10) zum kontinuierlichen Erfassen einer Temperatur der Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) aufweist.
4. Ultraschallsensorvornchtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ultraschallsensorvornchtung (1 ) eine Erfassungseinrichtung (1 1 ) zum Erfassen einer Anzahl von Aktivierungsvorgängen des Aktors (4) umfasst.
5. Ultraschallsensorvornchtung (1 ) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, einen Betriebszustand der
Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anhand des bestimmten Alters und/oder der erfassten Temperatur und/oder der erfassten Anzahl von
Aktivierungsvorgängen zu bestimmen.
6. Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, den Aktor (4) in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anzusteuern.
7. Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, eine Leistung zum Betreiben des Aktors (4) in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der
Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anzupassen.
8. Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, eine Frequenz zum Betreiben des Aktors (4) in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der
Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anzupassen.
9. Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mechatronische System (1 ) eine Messeinrichtung (12) zum Messen der Bewegung der Ultraschallmembran (3) aufweist und Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, die Messeinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anzusteuern.
10. Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, eine Verstärkung eines
Empfangssignals der Messeinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebszustand der Ultraschallmembran (3) und/oder des Aktors (4) anzupassen.
1 1 . Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktor (4) ein piezoelektrisches Element (5) umfasst.
12. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) für ein
Kraftfahrzeug, bei welchem ein Aktor (4) mittels einer Steuereinrichtung (7) angesteuert wird und eine Ultraschallmembran (2) mittels des Aktors (4) bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der Steuereinrichtung (7) ein Alter der Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) anhand eines Produktionsdatums bestimmt wird, welches in einer
Speichereinrichtung (9) der Ultraschallsensorvorrichtung (1 ) gespeichert ist (S3).
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