WO2018104032A1 - Ultraschallsensor für ein kraftfahrzeug mit einem akustischen koppelelement, ultraschallsensoranordnung, kraftfahrzeug und verfahren - Google Patents

Ultraschallsensor für ein kraftfahrzeug mit einem akustischen koppelelement, ultraschallsensoranordnung, kraftfahrzeug und verfahren Download PDF

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ultrasonic sensor
membrane
coupling element
motor vehicle
ultrasonic
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Uwe Kupfernagel
Wolfgang Hamm
Felix Haering
Marian ROEGER
Hans-Wilhelm Wehling
Joerg Weyland
Ceren OEZAYDIN
Natalie BARTHEL
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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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

  • Ultrasonic sensor for a motor vehicle with an acoustic coupling element Ultrasonic sensor arrangement, ultrasonic sensor arrangement, motor vehicle and method
  • the invention relates to an ultrasonic sensor for a motor vehicle, which is designed for concealed installation on a trim part of the motor vehicle, and to an ultrasonic sensor arrangement for a motor vehicle, with a trim part. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with an ultrasonic sensor arrangement and to a method for producing an ultrasonic sensor for concealed installation on a trim part of a motor vehicle.
  • the ultrasonic sensors can be installed, for example, in a front area or in a rear area of the motor vehicle, in particular on a bumper of the motor vehicle.
  • the environmental information acquired by the ultrasonic sensors may be provided to a driver assistance system, for example a parking assistance system, a blind spot monitoring system or a brake assist system.
  • DE 10 2008 016 558 A1 discloses an assembly with a bumper and an ultrasonic sensor.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is connected to the inside of the bumper.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is glued to the inside of the bumper.
  • the membrane of the ultrasonic sensor is conveniently connected directly and over the entire surface with the inside of the bumper.
  • EP 2 660 627 B1 discloses an ultrasonic sensor arrangement comprising a planar vehicle component and an ultrasonic sensor, wherein the
  • Ultrasonic sensor includes a membrane that is detachable with the flat
  • the flat vehicle component comprises an acoustic coupling plate, which on the Ultrasonic sensor adjacent and contacted the membrane punctiform, wherein the acoustic coupling plate has a survey, which is the membrane of the
  • Ultrasonic sensor contacted at the point at which the amplitude of the oscillations is maximum.
  • EP 0 507 892 B1 discloses an ultrasonic transducer with a diaphragm which can be excited to vibrate and which is surrounded by an annular housing, on which at least one piezoelectric vibrator is arranged, and whose vibration characteristic (ultrasonic lobe) is influenced in predetermined directions.
  • the membrane has different thicknesses, wherein the thinner layer is approximately rectangular
  • the piezoelectric vibrator is arranged in the region of the thinner layer.
  • Object of the present invention is an ultrasonic sensor for a motor vehicle, which for concealed installation on a trim part of the motor vehicle
  • Ultrasonic sensor is improved.
  • Ultrasonic sensor arrangement a motor vehicle with an ultrasonic sensor arrangement and a method having the features according to the independent claims solved.
  • An inventive ultrasonic sensor for a motor vehicle which is designed for concealed installation on a trim part of the motor vehicle, has a vibratory membrane for emitting and / or receiving
  • a planar acoustic coupling element is arranged on the membrane.
  • the coupling element is designed for the acoustic coupling of the ultrasonic sensor with the covering part at the concealed position and for influencing the emission characteristic of the membrane.
  • An essential idea of the invention can be seen in that a surface shape of the coupling element is adapted to a surface shape of a radiating surface of the membrane.
  • the surface shape which is referred to below as the surface geometry has the advantage that, in particular in a membrane, which has an asymmetric membrane and thus a corresponding asymmetric radiation characteristic, the coupling element is also formed asymmetrically.
  • the coupling element can be adapted to an internal geometry of a transducer, by which in particular the emission surface is defined, which in particular can be a piezo-transducer. It is also possible that the radiating a
  • Thin wall region of the membrane corresponds, wherein the thin wall region is particularly adapted to the internal geometry of the transducer. This can ensure that a maximum in-phase energy is transmitted and a uniform radiation characteristic and a minimized energy input is delivered to the trim part of the motor vehicle. Thus, overall the emission characteristic of the concealed ultrasonic sensor can be improved.
  • the thin wall region is particularly adapted to the internal geometry of the transducer.
  • the emission characteristic may be, for example, a sound pressure of the ultrasonic sensor, a decay frequency, a settling time, plate vibrations and detection ranges, in particular the shape of the sound lobe, of the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor has an outer housing, which surrounds the membrane at least partially.
  • the ultrasonic sensor can be protected from environmental influences, such as water or dirt, by the outer housing.
  • the ultrasonic sensor can have a coupling point, by means of which in particular an electrical connection with, for example, a control unit of the motor vehicle, can be produced.
  • the ultrasound sensor, in particular the membrane is essentially circular or cylindrical.
  • the coupling element can be arranged on an outer side of a membrane bottom of a cup-shaped membrane.
  • a flat contact with the trim part of the motor vehicle can be made possible via the cup-shaped membrane of the ultrasonic sensor.
  • a front side of the membrane of a rear side of the trim panel is flat.
  • the ultrasonic sensor is applied.
  • the ultrasonic sensor can be arranged on the back of the trim part, so that the front of the
  • Mounting cover rests at least partially on the back of the trim panel and on the back of the mounting lid, the front of the membrane and a
  • the front side of the ultrasonic sensor is formed by the front of the mounting lid and / or the front of the ultrasonic sensor includes this front of the mounting lid.
  • Such an embodiment of the ultrasonic sensor with the front of the subsequent ultrasonic sensor covering cover has the advantage that the
  • Fairing part is suitable because only the front-side mounting lid must be adapted to adapt the ultrasonic sensor to the respective shape of the trim part.
  • the membrane may have a thin wall region and a thick wall region, and the surface geometry of the coupling element may be adapted to the surface geometry of the thin wall region, in particular the coupling element has the same surface geometry as the
  • the thin-wall region is formed asymmetrically about the longitudinal axis of the membrane. This is a specific, especially asymmetric
  • the converter is arranged on an inner side of the thin-wall region. Due to the training form of the membrane with a
  • Thick wall area and a thin wall area can cause a specific and especially concealed built-in ultrasonic sensors an improved radiation characteristics become.
  • This also has the advantage that such a membrane can be produced very inexpensively in the extrusion process.
  • an improved emission characteristic in particular with respect to the ultrasonic lobe, can thus be provided. Strong attenuation ranges can thus be eliminated, so that the ultrasonic sensor has almost the same sensitivity in the horizontal in a range of about 180 °.
  • the surface geometry of the coupling element is adapted to the surface geometry of the thin-wall region. Therefore, these surface geometries have the same shape and are in particular the same size in their surface dimensions.
  • the surface geometry of the coupling element is formed aft-shaped. This may be particularly advantageous if the thin-wall region is formed aft-shaped.
  • Embodiment of the thin wall region can be achieved that the membrane oscillates with substantially the same amplitude.
  • a radiation characteristic leads to detection areas without undesired detection gaps.
  • the emission characteristic Due to the design of the coupling element in the surface geometry of the thin-wall region, that is to say in the shape of a figure of eight, the emission characteristic can thus be further improved or specified. This also leads to a maximum in-phase energy transfer and thus a uniform emission and a minimum energy input into the
  • the surface geometry of the coupling element may be formed rectangular. This has proven to be advantageous, in particular, when the ultrasonic sensor is an ultrasonic sensor with a so-called slot diaphragm.
  • the oblong membrane of the thin wall region of the membrane is rectangular and adapted in particular according to the circular shape of the membrane on the sides.
  • Forming the coupling element according to the surface geometry as a rectangular shape can thus be provided in a simple manner, a simple to produce coupling element, which essentially to the surface geometry of
  • Thin wall region of the membrane is adapted, whereby the radiation characteristic can be further improved.
  • the surface geometry is designed to have two opposing parallel rectilinear edges and two connecting the rectilinear edges and respectively having convex further edges.
  • Coupling element can be better adapted to the surface geometry of the thin-wall region of the membrane, whereby the emission characteristics of the ultrasonic sensor is again positively influenced.
  • the coupling element is designed as an adhesive pad.
  • the coupling element is designed as a pure coupling pad, and is formed without adhesive effect and thus does not self-adhesive.
  • the surface geometry of the coupling element is contiguous and comprehensive.
  • the coupling element is integrally formed.
  • the coupling element is holistic in its surface and has no recesses or holes.
  • the coupling element has a homogeneous thickness.
  • the radiation characteristic of the ultrasonic sensor, in particular the membrane is locally negatively influenced.
  • the invention likewise relates to an ultrasound sensor arrangement for a motor vehicle, having a trim part and at least one ultrasound sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one ultrasound sensor is arranged on a rear side of the trim part, wherein the oscillatable diaphragm of the ultrasound sensor is connected via an outer side of the diaphragm by means of the coupling element is coupled to the back of the trim part, and the ultrasonic sensor for emitting and / or receiving ultrasonic signals through the trim part is arranged therethrough.
  • a trim part can be provided with the ultrasonic sensor, which can not be arranged visible on the motor vehicle and thus contribute to an optical enhancement of the ultrasonic sensor.
  • the covering part on the back can have a, in particular concave, recess into which the ultrasonic sensor extends.
  • the depression Through the depression, it can be ensured that less energy is lost within the trim part, since the material thickness at the point at which the ultrasonic sensor is arranged on the trim part of the motor vehicle is made thinner and thus the damping effect of
  • a maximum thickness of the trim part in the region of the depression is between 2.8 mm and 3.2 mm, preferably 3 mm. This maximum thickness is in particular directly next to the depression. This basically corresponds to a standard wall thickness of a bumper or of another trim part of the motor vehicle, so that the trim part does not have to be extensively reconfigured. Overall, the cowling remains stable.
  • the minimum thickness of the trim part in the region of the depression can be between 1.8 mm and 2.2 mm, preferably 2 mm.
  • Such a locally thinned layer thickness in the trim part does not impair the trim part, in particular its stability.
  • the layer thickness can also be a particularly low-loss emission and / or reception of
  • Ultrasonic signals are realized by the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor may comprise at least one holding element, by means of which the ultrasonic sensor may be arranged on the trim part of the motor vehicle.
  • the holding element may in particular be arranged on the outer housing of the ultrasonic sensor.
  • the trim part may be a bumper.
  • a motor vehicle according to the invention comprises an ultrasonic sensor arrangement according to the invention.
  • the motor vehicle is in particular a
  • the motor vehicle has in particular a driver assistance system, for example a parking assistance system, which detects the emitted and / or received ultrasound signals of the ultrasound sensor for monitoring a
  • the invention also relates to a method for producing an ultrasonic sensor for concealed installation on a trim part of a motor vehicle.
  • the method is an ultrasonic sensor with a vibrating diaphragm for
  • Emitting and / or receiving ultrasound signals Emitting and / or receiving ultrasound signals.
  • Geometry of the membrane is given a radiation characteristic for the ultrasonic signals, wherein on the membrane, a planar, acoustic coupling element is arranged, which for the acoustic coupling of the ultrasonic sensor with the cowling at the concealed position and through which the
  • Radiation characteristic of the membrane is affected.
  • An essential idea of the method is that the coupling element is formed asymmetrically in its surface geometry in the circumferential direction about a longitudinal axis of the membrane.
  • Ultrasonic sensor arrangement presented preferred embodiments and their advantages apply correspondingly for the motor vehicle according to the invention and for the inventive method.
  • Ultrasonic sensor arrangement on the motor vehicle and at one then before the
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exploded view of a
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a
  • Fig. 3 is a schematic front view of an inventive
  • FIG. 4 shows a further schematic side view of an embodiment of an ultrasonic sensor according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an ultrasonic sensor arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 is an exploded view of an ultrasonic sensor assembly 1 for a motor vehicle, in particular a passenger car shown.
  • This comprises an ultrasonic sensor 2, which can be fastened in a non-destructively releasable manner in a receiving part 3 of a holder 4, in particular latched.
  • two locking elements 5 are formed, which are for locking in corresponding locking tabs 6, 7 of a Receiving shaft 8 of the integrally formed from plastic receiving part 3 are provided.
  • the receiving part 3 further comprises a base 9, which is cylindrical and has a larger diameter than the receiving shaft 8.
  • a latching receptacle 1 1 is also formed, in which a locking element 12 of a disc-shaped and circular mounting lid 13 can latch.
  • the mounting lid 13 is integrally formed of plastic and connected by the latching with the receiving part 3 and non-destructive and reversibly releasably connected thereto.
  • the holder 4 is formed in two parts.
  • Installation situations are made possible on a trim part of the motor vehicle.
  • the ultrasonic sensor arrangement 1 in the exemplary embodiment also includes a
  • Stiffening element 14 which is designed as a ring.
  • the stiffening element 14 is formed as a separate component and, for example, made of ceramic.
  • Stiffening element 14 serves on the one hand for damping the vibration transmission to the trim part on the other hand, it serves to limit the signal radiation of the ultrasonic sensor. 2
  • the mounting lid 13 On its rear side 15 facing the ultrasonic sensor 2, the mounting lid 13 has a depression 16, which is bounded on the circumference by a web 17 on which the detent element 12 and also further detent elements are designed for latching to the receiving part 3. When installed, the extends
  • the mounting cover 13 has, on its rear side 15 facing the ultrasonic sensor 2, a bottom of the recess 16, which is formed on the one hand by a flat circular central surface region 18 and a receiving region 19 adjoining radially outward with a contact surface 20 for the abutment of the stiffening element 14 ,
  • Stiffening element 14, back 15, recess 16, web 17, surface area 18, receiving area 19 and contact surface 20 are optional for the invention and are merely listed in order to understand the operation of the
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an ultrasonic sensor arrangement 1 only with partial components.
  • the ultrasonic sensor 2 is arranged on a trim part, which can be in particular a bumper 21 of a motor vehicle.
  • the ultrasonic sensor 2 in this case has a cup-shaped membrane M.
  • the cup-shaped membrane M has a thick wall region 22 and a thin wall region 23.
  • the thin-wall region 23 and the thick-wall region 22 are arranged perpendicular to a longitudinal axis L of the membrane on the membrane M, wherein the wall thicknesses of the
  • Thick wall portion 22 and the thin wall portion 23 extend from an inner side Mi of the membrane M in the direction of the longitudinal axis L.
  • a converter 24 is arranged in the thin-wall region 23, which can be in particular a piezoelectric element.
  • the converter 24 when driven by an AC signal, causes the diaphragm M to be deformed in accordance with the frequency of the driving voltage, thereby generating vibrations.
  • the transducer 24 may in particular be glued centrally on the membrane M. With a suitable choice of the dimensions of the transducer 24, for example one third of the membrane diameter, the membrane M will vibrate in the central region in antiphase to the adjacent regions.
  • the ultrasound lobe radiated by the ultrasonic sensor 2 arises, in particular, from the superimposition of the three
  • Vibrational centers emanating spherical waves.
  • a strong main lobe is formed in the forward direction, which results from constructive interference of the two in-phase oscillating side regions.
  • Constructive interference is also present when the path difference of the two partial waves is an integer multiple of the wavelength ⁇ , which can lead to side lobes. If the path difference in particular h / 2, then destructive interference, (extinction) occurs, causing
  • the membrane M at least partially surround the membrane M, in particular be cylindrical and at least partially comprises the membrane M, which is formed reinforced on two opposite sides.
  • the membrane M On the outside Ma of the membrane M, in particular of the membrane base, is at the position of the
  • the surface shape, which is also referred to as surface geometry, of the coupling element 25 and the thin-wall region 23 are connected to the surface shape of a
  • the emission surface may in particular correspond to an internal geometry of the transducer 24 or the thin-wall region 23.
  • the ultrasonic sensor 2 is located with its membrane M, by means of
  • the Koppelement 25 directly to a rear side 21 a of the bumper 21 of the motor vehicle.
  • the correspondingly generated sound waves can be transmitted via the membrane M, and via the coupling element 25 directly to the bumper 21, in which case the sound waves can be sent to an environment of the motor vehicle.
  • the acoustic coupling element 25 thereby causes sound waves can be better transmitted to the bumper 21.
  • the emission characteristic of the ultrasonic sensor arrangement 1 can be improved and influenced individually.
  • by adapting the acoustic coupling element 25 to an asymmetrical shape of the membrane M it is possible to prevent unwanted in-phase energy from being introduced into the bumper 21. This can cause unwanted sidelobes in the
  • Radiation characteristic can be realized thereby.
  • FIG. 3 shows a schematic front view of the ultrasonic sensor 2.
  • the front view in the longitudinal axis L is perpendicular to the plane of the figure as
  • the ultrasonic sensor 2 has, in particular, the cylindrical housing 26, and an elongated further coupled to the housing 26, in which, for example, the electrical contacts for coupling to a driver assistance / parking assistance system.
  • the membrane M On the membrane M is that
  • Coupling element 25 is arranged, which may be formed in particular as an adhesive pad.
  • the coupling element 25 is rectangular.
  • the rectangular shape of the coupling element 25 is particularly advantageous in this embodiment, since the underlying, not shown transducer 24 in the thin wall portion 23 of the membrane M on the inside Mi is also rectangular.
  • the coupling element 25 as a rectangular shape has two
  • the coupling element 25 can be continuous and comprehensive.
  • the coupling element 25 is furthermore formed in one piece, so that the coupling element has no depressions or incisions.
  • the coupling element 25 is designed to be identical in its thickness in the direction of the longitudinal axis L in its entire surface geometry.
  • FIG. 4 shows the ultrasonic sensor 2 from FIG. 3 in a side view.
  • the coupling element 25 is asymmetrically formed, in particular in the direction of rotation about the longitudinal axis L of the membrane M.
  • the locking elements 5 are shown in Fig. 4.
  • FIG. 5 shows a further schematic sectional view of an example of a built-in ultrasonic sensor 2, at least in partial components.
  • the ultrasonic sensor 2 extends into a recess 28 of the bumper 21, which is formed on the rear side 21 a of the bumper 21 into it.
  • damping rings 29 are arranged in a circle around the ultrasonic sensor.
  • the bumper 21 prevents.
  • the bumper 21 has, in particular, a wall thickness of 3 mm in a region 27 which is thicker compared to the recess 28. In the recess 28, the bumper 21 may in particular have a wall thickness of 2mm.
  • Recess 28 may be trapezoidal or in particular concave in section.
  • the ultrasonic sensor 2 is connected here in particular via holding elements 30 to the bumper 21 baufest.
  • the holding elements 30 can, for example, with the
  • Locking elements 5 are connected. Furthermore, it is possible that the holding element 30 at the end, where they are connected to the ultrasonic sensor 2 via
  • Damping elements 31 have.
  • the damping elements 31 can be provided in particular for reducing vibrations of the ultrasonic sensor 2 to the bumper 21 or preventing vibrations of the bumper 21 against the ultrasonic sensor 2. Furthermore, it can be provided, in particular, that the membrane M with the thick-wall region 22 and the thin-wall region 23 as well as the coupling element 25 coupled thereto extends into the depression 28.
  • the surface geometry of the coupling element 25 is adapted to the emission characteristic of the membrane M.
  • the surface geometry of the coupling element 25 is adapted to the surface geometry of the thin-wall region 23 and thus corresponds to this surface geometry, in particular also in the surface size.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor (2) für ein Kraftfahrzeug, welcher zum verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil (21) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und welcher eine schwingungsfähige Membran (M) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist, wobei durch die Geometrie der Membran (M) eine Abstrahlcharakteristik für die Ultraschallsignale vorgegeben ist, und an der Membran (M) ein flächiges, akustisches Koppelelement (25) angeordnet ist, welches zur akustischen Kopplung des Ultraschallsensors (2) mit dem Verkleidungsteil (21) an der verdeckt verbauten Position und zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der Membran (M) ausgebildet ist, wobei eine Flächenform des Koppelelements (25) einer Flächenform einer Abstrahlfläche der Membran (M) angepasst ist.

Description

Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem akustischen Koppelelement, Ultraschallsensoranordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, welcher zum verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, sowie eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für den verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil eines Kraftfahrzeugs.
Es ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, Ultraschallsensoren am Kraftfahrzeug anzuordnen, um einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu überwachen. Dabei können die Ultraschallsensoren beispielsweise in einem Frontbereich oder in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs, verbaut werden. Die von den Ultraschallsensoren erfassten Umgebungsinformationen können einem Fahrerassistenzsystem, beispielsweise einem Parkassistenzsystem, einem System zur Totwinkelüberwachung oder einem Bremsassistenzsystem, bereitgestellt werden.
Verdeckt verbaute Ultraschallsensoren sind aus dem Serienkraftfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die DE 10 2008 016 558 A1 offenbart eine Baugruppe mit einem Stoßfänger und eine Ultraschallsensor. Bei der Baugruppe mit dem Stoßfänger und mindestens dem einen Ultraschallsensor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei der Ultraschallsensor eine Membran aufweist, ist die Membran des Ultraschallsensors mit der Innenseite des Stoßfängers verbunden. Dadurch wird eine optisch besonders ansprechende Gestaltung des Stoßfängers erreicht. Bevorzugt ist die Membran des Ultraschallsensors mit der Innenseite des Stoßfängers verklebt. Die Membran des Ultraschallsensors ist dabei günstiger Weise direkt und vollflächig mit der Innenseite des Stoßfängers verbunden.
Weiterhin offenbart die EP 2 660 627 B1 eine Ultraschallsensoranordnung umfassend eine flächige Fahrzeugkomponente und einen Ultraschallsensor, wobei der
Ultraschallsensor eine Membran umfasst, die lösbar mit der flächigen
Fahrzeugkomponente verbunden ist, und wobei die flächige Fahrzeugkomponente im Bereich des Ultraschallsensors eine reduzierte Materialstärke aufweist. Dabei umfasst die flächige Fahrzeugkomponente eine akustische Koppelplatte, die an dem Ultraschallsensor angrenzt und dessen Membran punktförmig kontaktiert, wobei die akustische Koppelplatte eine Erhebung aufweist, welche die Membran des
Ultraschallsensors an dem Punkt kontaktiert, an dem die Amplitude der Schwingungen maximal ist.
Die EP 0 507 892 B1 offenbart einen Ultraschallwandler mit einer zur Schwingung anregbaren Membran, die von einem ringförmigen Gehäuse eingefasst ist, auf der mindestens ein Piezoschwinger angeordnet ist, und deren Schwingungscharakteristik (Ultraschallkeule) in vorgegebenen Richtungen beeinflusst ist. Dabei weist die Membran unterschiedliche Dicken auf, wobei die dünnere Schicht in etwa rechteckförmig
ausgebildet ist und wobei im Bereich der dünneren Schicht der Piezoschwinger angeordnet ist.
Bei einem verdeckten Ultraschallsensor zum Einbau hinter einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs wird meistens eine nahezu runde bzw. rotationssymmetrische Ankopplung verwendet. Dies geschieht entweder durch Auftrag eines Klebepunkts bzw. durch
Verwenden eines runden doppelseitigen Klebebands mit einem Durchmesser ähnlich des Membrandurchmessers des Sensors. Jedoch kann dies bei Ultraschallsensoren mit einer asymmetrischen Abstrahlcharakteristik dazu führen, dass es auch einen Bereich gibt, in dem die Schwingungen der Membran oberflächig gegenphasig zur Hauptachse schwingen. Dadurch wird nicht gewünschte, nicht gleichphasige Energie in die Außenhaut eingeleitet. Dies führt zu Abstrahlcharakteristiken mit unerwünschten Nebenkeulen.
Außerdem wird zusätzlich Energie in das Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs
eingebracht, welche nur schwer zu dämpfen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, welcher zum verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs
ausgebildet ist, derart weiterzuentwickeln, dass die Abstrahlcharakteristik des
Ultraschallsensors verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ultraschallsensor, eine
Ultraschallsensoranordnung, ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, welcher zum verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, weist eine schwingungsfähige Membran zum Aussenden und/oder zum Empfangen von
Ultraschallsignalen auf, wobei durch die Geometrie der Membran eine
Abstrahlcharakteristik für die Ultraschallsignale vorgegeben ist, und an der Membran ein flächiges akustisches Koppelelement angeordnet ist. Das Koppelelement ist zur akustischen Kopplung des Ultraschallsensors mit dem Verkleidungsteil an der verdeckt verbauten Position und zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der Membran ausgebildet. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Flächenform des Koppelelements einer Flächenform einer Abstrahlfläche der Membran angepasst ist. Die Flächenform, welche nachfolgend als Flächengeometrie bezeichnet ist hat den Vorteil, dass insbesondere bei einer Membran, welche eine asymmetrische Membran und damit eine korrespondierende asymmetrische Abstrahlcharakteristik aufweist, das Koppelelement ebenfalls asymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere kann das Koppelelement an eine Innengeometrie eines Wandlers, durch welche insbesondere die Abstrahlfläche definiert ist, welcher insbesondere ein Piezowandler sein kann, angepasst werden. Ebenfalls möglich ist, dass die Abstrahlfläche einem
Dünnwandbereich der Membran entspricht, wobei der Dünnwandbereich insbesondere der Innengeometrie des Wandlers angepasst ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass eine maximale gleichphasige Energie übertragen wird und eine gleichmäßige Abstrahlcharakteristik sowie ein minimierter Energieeintrag in das Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs abgegeben wird. Somit kann insgesamt die Abstrahlcharakteristik des verdeckt verbauten Ultraschallsensors verbessert werden. Insbesondere ist die
Flächengeometrie an die Abstrahlcharakteristik der Membran angepasst, um die
Abstrahlcharakteristik dann wiederum gezielt zu beeinflussen.
Bei der Abstrahlcharakteristik kann es sich insbesondere um beispielsweise einen Schalldruck des Ultraschallsensors, eine Ausschwingfrequenz, eine Ausschwingzeit, Plattenschwingungen sowie Detektionsbereiche, insbesondere die Form der Schallkeule, des Ultraschallsensors handeln.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Ultraschallsensor ein Außengehäuse aufweist, welches die Membran zumindest bereichsweise umschließt. Durch das Außengehäuse kann insbesondere der Ultraschallsensor vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Wasser bzw. Schmutz geschützt werden. Des Weiteren kann der Ultraschallsensor eine Koppelstelle aufweisen, mittels welcher insbesondere eine elektrische Verbindung mit beispielsweise einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs, hergestellt werden kann. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass insbesondere der Ultraschallsensor, insbesondere die Membran im Wesentlichen kreisförmig bzw. zylinderförmig ausgebildet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Koppelelement an einer Außenseite eines Membranbodens einer topfförmigen Membran angeordnet sein. Über die topfförmige Membran des Ultraschallsensors kann insbesondere ein flächiger Kontakt mit dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Somit liegt eine Frontseite der Membran einer Rückseite des Verkleidungsteils flächig an. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Frontseite der Membran an einen zentralen Flächenbereich eine dem Ultraschallsensor zugewandten Rückseite eines Montagedeckels des
Ultraschallsensors anliegt. Mittels des Montagedeckels kann der Ultraschallsensor an der Rückseite des Verkleidungsteils angeordnet werden, sodass die Vorderseite des
Montagedeckels zumindest bereichsweise an der Rückseite des Verkleidungsteils anliegt und an der Rückseite des Montagedeckels die Frontseite der Membran sowie ein
Versteifungselement anliegen. Bei dieser Ausführungsform wird die Frontseite des Ultraschallsensors durch die Vorderseite des Montagedeckels gebildet und/oder die Frontseite des Ultraschallsensors umfasst diese Vorderseite des Montagedeckels. Eine solche Ausgestaltung des Ultraschallsensors mit dem frontseitig anschließend den Ultraschallsensor abdeckendem Montagedeckel hat den Vorteil, dass der
Ultraschallsensor für unterschiedlichste geometrische Formen der Rückseite des
Verkleidungsteils geeignet ist, weil zur Anpassung des Ultraschallsensors an die jeweilige Form des Verkleidungsteils lediglich der frontseitige Montagedeckel entsprechend angepasst werden muss.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Membran einen Dünnwandbereich und einen Dickwandbereich aufweisen und die Flächengeometrie des Koppelelements an die Flächengeometrie des Dünnwandbereichs angepasst sein, insbesondere weist das Koppelelement die gleiche Flächengeometrie, wie der
Dünnwandbereich auf. Insbesondere kann der Dickwandbereich senkrecht zur
Längsachse betrachtet an den Dünnwandbereich anschließen. Die Erstreckung der Wandbereiche bezüglich ihrer„Dicke" ist in Richtung der Längsachse bemessen.
Insbesondere ist der Dünnwandbereich asymmetrisch um die Längsachse der Membran ausgebildet. Dadurch ist eine spezifische, insbesondere asymmetrische
Abstrahlcharakteristik der Membran gebildet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an einer Innenseite des Dünnwandbereichs der Wandler angeordnet ist. Durch die Ausbildungsform der Membran mit einem
Dickwandbereich und einem Dünnwandbereich kann eine spezifische und gerade bei verdeckt verbauten Ultraschallsensoren eine verbesserte Abstrahlcharakteristik bewirkt werden. Dies hat auch den Vorteil, dass sich eine derartige Membran sehr preiswert im Fließpressverfahren herstellen lässt. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann somit eine verbesserte Abstrahlcharakteristik, insbesondere in Bezug auf die Ultraschallkeule, bereitgestellt werden. Starke Dämpfungsbereiche können somit entfallen, sodass der Ultraschallsensor in der Horizontalen in einem Bereich von etwa 180° nahezu die gleiche Empfindlichkeit besitzt.
Insbesondere ist die Flächengeometrie des Koppelelements an die Flächengeometrie des Dünnwandbereichs angepasst. Diese Flächengeometrien weisen daher die gleiche Form auf und sind insbesondere gleich groß in ihren Flächenausmaßen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Flächengeometrie des Koppelelements achterförmig ausgebildet. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Dünnwandbereich achterförmig ausgebildet ist. Durch die achterförmige
Ausgestaltungsform des Dünnwandbereichs kann erreicht werden, dass die Membran mit weitgehend gleicher Amplitude schwingt. Eine derartige Abstrahlcharakteristik führt zu Detektionsbereichen ohne unerwünschte Detektionslücken. Durch die Ausgestaltung des Koppelelements in der Flächengeometrie des Dünnwandbereichs, sprich achterförmig, kann somit die Abstrahlcharakteristik noch weiter verbessert bzw. präzisiert werden. Dies führt weiterhin zu einer maximal gleichphasigen Energieübertragung und dadurch eine gleichmäßige Abstrahlcharakteristik sowie einen minimalen Energieeintrag in das
Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Flächengeometrie des Koppelements rechteckförmig ausgebildet sein. Dies hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn es sich bei dem Ultraschallsensor um einen Ultraschallsensor mit einer sogenannten Langlochmembran handelt. Bei der Langlochmembran ist der Dünnwandbereich der Membran rechteckförmig ausgebildet und insbesondere entsprechend der Kreisform der Membran an den Seiten angepasst. Mittels der
Ausbildung des Koppelelements entsprechend der Flächengeometrie als Rechteckform, kann somit auf einfache Weise ein einfach herzustellendes Koppelement zur Verfügung gestellt werden, welches im Wesentlichen an die Flächengeometrie des
Dünnwandbereichs der Membran angepasst ist, wodurch die Abstrahlcharakteristik weiter verbessert werden kann.
Insbesondere ist die Flächengeometrie so gestaltet, dass sie zwei gegenüberliegende parallele geradlinige Ränder und zwei die geradlinigen Ränder verbindende und jeweils konvexe weitere Ränder aufweist. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann das
Koppelelement noch besser an die Flächengeometrie des Dünnwandbereichs der Membran angepasst werden, wodurch die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors nochmals positiv beeinflusst wird.
Ebenfalls als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn das Koppelelement als ein Klebepad ausgebildet ist. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann erreicht werden, dass der Ultraschallsensor mit dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs eine im Wesentlichen feste Verbindung eingehen kann. Es kann somit zu keinen unerwünschten
Zwischenräume zwischen der Membran, dem Koppelelement, und dem Verkleidungsteil kommen, sodass erreicht ist, dass die Schallwellen direkt von der Membran über das Koppelelement an das Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs übertragen werden können. Es handelt sich hierbei um eine bevorzugte Ausführungsform, jedoch ist auch möglich, dass das Koppelelement als reines Koppelpad ausgebildet ist, und ohne Klebewirkung ausgebildet ist und somit nicht selbstklebend anliegt.
Insbesondere ist die Flächengeometrie des Koppelelements zusammenhängend und flächendeckend sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Koppelelement einstückig ausgebildet ist. Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Koppelelement in seiner Fläche ganzheitlich ist und keine Vertiefungen oder Löcher aufweist.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Koppelelement eine homogene Dicke aufweist. Somit kann verhindert werden, dass die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors, insbesondere der Membran, lokal negativ beeinflusst wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil und zumindest einem Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Ultraschallsensor an einer Rückseite des Verkleidungsteils angeordnet ist, wobei die schwingungsfähige Membran des Ultraschallsensors über eine Außenseite der Membran mittels des Koppelelements mit der Rückseite des Verkleidungsteils gekoppelt ist, und der Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen durch das Verkleidungsteil hindurch angeordnet ist. Somit kann ein Verkleidungsteil mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt werden, welcher nicht sichtbar am Kraftfahrzeug angeordnet werden kann und somit zu einer optischen Aufwertung des Ultraschallsensors beitragen kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Verkleidungsteil auf der Rückseite eine, insbesondere konkave, Vertiefung aufweisen, in welche sich der Ultraschallsensor hineinerstreckt. Durch die Vertiefung kann sichergestellt werden, dass weniger Energie innerhalb des Verkleidungsteils verloren geht, da die Materialdicke an der Stelle, an der der Ultraschallsensor an dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs angeordnet wird, dünner ausgebildet ist und somit die Dämpfungswirkung des
Verkleidungsteils verkleinert werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine maximale Dicke des Verkleidungsteils im Bereich der Vertiefung zwischen 2,8 mm und 3,2 mm, vorzugsweise 3 mm, beträgt. Diese maximale Dicke liegt insbesondere direkt neben der Vertiefung. Dies entspricht grundsätzlich einer Standardwandstärke eines Stoßfängers oder eines anderen Verkleidungsteils des Kraftfahrzeugs, sodass das Verkleidungsteil nicht aufwändig umgestaltet werden muss. Das Verkleidungsteil bleibt insgesamt somit stabil.
Demgegenüber kann die minimale Dicke des Verkleidungsteils im Bereich der Vertiefung zwischen 1 ,8 mm und 2,2 mm, vorzugsweise 2 mm, betragen. Durch eine solche lokal ausgedünnte Schichtdicke im Verkleidungsteil wird das Verkleidungsteil insbesondere in seiner Stabilität nicht beeinträchtigt. Durch das Ausdünnen der Schichtdicke kann außerdem ein besonders verlustarmes Aussenden und/oder Empfangen von
Ultraschallsignalen durch den Ultraschallsensor realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der Ultraschallsensor zumindest ein Halteelement aufweisen, mittels welchem der Ultraschallsensor an dem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Das Halteelement kann insbesondere an dem Außengehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein. Somit können beispielsweise Vibrationen vom Verkleidungsteil zum Ultraschallsensor bzw. vom Ultraschallsensor zum Verkleidungsteil über das Halteelement, welches beispielsweise noch gedämpft sein kann, minimiert werden. Somit kann ein verbesserter störungsfreier Einsatz des Ultraschallsensors, bzw. der Ultraschallsensoranordnung realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das Verkleidungsteil ein Stoßfänger sein. Da ein Ultraschallsensor im Kraftfahrzeugbau häufig für
Einparkvorgänge verwendet wird, sind die Ultraschallsensoren der Einparkhilfe häufig in Stoßfängern eingebaut. Somit kann durch diese Anordnung das bereits etablierte System verbessert werden. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensoranordnung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein
Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere ein Fahrerassistenzsystem, beispielsweise ein Parkassistenzsystem, auf, welches die ausgesendeten und/oder empfangenen Ultraschallsignale des Ultraschallsensors zum Überwachen eines
Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs nutzt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für den verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil eines Kraftfahrzeugs. Bei dem
Verfahren wird ein Ultraschallsensor mit einer schwingungsfähigen Membran zum
Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen bereitgestellt. Durch die
Geometrie der Membran wird eine Abstrahlcharakteristik für die Ultraschallsignale vorgegeben, wobei an der Membran ein flächiges, akustisches Koppelelement angeordnet wird, welches zur akustischen Kopplung des Ultraschallsensors mit dem Verkleidungsteil an der verdeckt verbauten Position und durch welches die
Abstrahlcharakteristik der Membran beeinflusst wird. Ein wesentlicher Gedanke des Verfahrens ist, dass das Koppelelement in seiner Flächengeometrie in Umlaufrichtung um eine Längsachse der Membran asymmetrisch ausgebildet wird.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor und der
Ultraschallsensoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Mit den Angaben„oben",„unten",„vorne",„hinten",„horizontal",„vertikal",
„Tiefenrichtung",„Breitenrichtung",„Höhenrichtung" etc. sind bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen des Ultraschallsensors und der
Ultraschallsensoranordnung an dem Kraftfahrzeug und bei einem dann vor dem
Kraftfahrzeug stehenden in Richtung des Kraftfahrzeugs blickenden Beobachter gegebene Position und Orientierung angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannte Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannte und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Explosionsansicht eines
Ultraschallsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Ultraschallsensoranordnung;
Fig. 3 eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels eines Ultraschallsensors;
Fig. 4 eine weitere schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors; und
Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoranordnung.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist in einer Explosionsdarstellung eine Ultraschallsensoranordnung 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, gezeigt. Diese umfasst einen Ultraschallsensor 2, der zerstörungsfrei lösbar in einem Aufnahmeteil 3 eines Halters 4 befestigbar, insbesondere verrastbar ist. Dazu sind beispielsweise zwei Rastelemente 5 ausgebildet, die zur Verrastung in korrespondierenden Rastlaschen 6, 7 eines Aufnahmeschachts 8 des einstückig aus Kunststoff ausgebildeten Aufnahmeteils 3 vorgesehen sind.
Das Aufnahmeteil 3 umfasst darüber hinaus einen Untersatz 9, welcher zylinderförmig ausgebildet ist und einen größeren Durchmesser als der Aufnahmeschacht 8 aufweist. An einem Rand 10 des Untersatzes 9 ist ebenfalls eine Rastaufnahme 1 1 ausgebildet, in welche ein Rastelement 12 eines scheibenförmigen und kreisförmigen Montagedeckels 13 verrasten kann. Der Montagedeckel 13 ist einstückig aus Kunststoff ausgebildet und durch die Verrastung mit dem Aufnahmeteil 3 auch zerstörungsfrei und reversibel lösbar mit diesem verbunden. Durch den Montagedeckel 13 und das Aufnahmeteil 3 ist der Halter 4 zweiteilig gebildet. Dadurch kann eine hochflexible und variable Ausgestaltung der Ultraschallsensoranordnung 1 gewährleistet werden und unterschiedlichste
Einbaumöglichkeiten der Ultraschallsensoranordnung 1 an verschiedensten
Einbausituationen an einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
Die Ultraschallsensoranordnung 1 umfasst im Ausführungsbeispiel auch ein
Versteifungselement 14, welches als Ring ausgebildet ist. Das Versteifungselement 14 ist als separates Bauteil ausgebildet und beispielsweis aus Keramik. Das
Versteifungselement 14 dient einerseits zur Dämpfung der Schwingungsübertragung auf das Verkleidungsteil andererseits dient es zur Begrenzung der Signalabstrahlung des Ultraschallsensors 2.
Der Montagedeckel 13 weist auf seiner dem Ultraschallsensor 2 zugewandten Rückseite 15 eine Vertiefung 16 auf, welche umfangsseitig durch einen Steg 17 begrenzt ist, an welchem das Rastelement 12 und auch weitere Rastelemente zur Verrastung mit dem Aufnahmeteil 3 ausgebildet sind. Im verbauten Zustand erstreckt sich der
Ultraschallsensor 2 in die Vertiefung 16 hinein. Der Montagedeckel 13 weist auf seiner dem Ultraschallsensor 2 zugewandten Rückseite 15 einen Boden der Vertiefung 16 auf, der einerseits durch einen eben ausgebildeten kreisförmigen zentralen Flächenbereich 18 und einen radial nach außen daran anschließenden Aufnahmebereich 19 mit einer Anlagefläche 20 für die Anlage des Versteifungselements 14 gebildet ist. Die in der Fig. 1 dargestellten Bauteile Aufnahmeteil 3, Halter 4, Rastlaschen 6, 7, Aufnahmeschacht 8, Untersatz 9, Rand 10, Rastaufnahme 1 1 , Rastelement 12, Montagedeckels 13,
Versteifungselement 14, Rückseite 15, Vertiefung 16, Steg 17, Flächenbereich 18, Aufnahmebereich 19 und Anlagefläche 20 sind für die Erfindung optional und sind lediglich aufgeführt, um das Verständnis für die Funktionsweise der
Ultraschallsensoranordnung 1 zu verdeutlichen. Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Ultraschallsensoranordnung 1 nur mit Teilkomponenten. Der Ultraschallsensor 2 ist dabei an einem Verkleidungsteil, angeordnet, welches insbesondere ein Stoßfänger 21 eines Kraftfahrzeugs sein kann. Der Ultraschallsensor 2 weist dabei eine topförmige Membran M auf. Die topförmige Membran M weist einen Dickwandbereich 22 und einen Dünnwandbereich 23 auf. Der Dünnwandbereich 23 und der Dickwandbereich 22 sind senkrecht zu einer Längsachse L der Membran an der Membran M angeordnet, wobei sich die Wandstärken des
Dickwandbereichs 22 und des Dünnwandbereichs 23 von einer Innenseite Mi der Membran M in Richtung der Längsachse L erstrecken. Auf der Innenseite Mi eines Membranbodens der Membran M ist dabei im Dünnwandbereich 23 ein Wandler 24 angeordnet, welcher insbesondere ein Piezoelement sein kann. Der Wandler 24 bewirkt bei Ansteuerung mit einem Wechselspannungssignal, dass die Membran M entsprechend der Frequenz der Ansteuerspannung deformiert wird und dadurch Schwingungen erzeugt. Dabei kann der Wandler 24 insbesondere zentrisch auf der Membran M aufgeklebt sein. Bei geeigneter Wahl der Ausmaße des Wandlers 24, beispielsweise ein Drittel des Membrandurchmessers wird die Membran M im mittleren Bereich gegenphasig zu den benachbarten Bereichen schwingen. Die vom Ultraschallsensor 2 abgestrahlte Ultraschallkeule entsteht insbesondere aus der Überlagerung der von den drei
Schwingungszentren ausgehenden Kugelwellen. So bildet sich in Vorwärtsrichtung eine starke Hauptkeule aus, die durch konstruktive Interferenz der beiden gleichphasig schwingenden Seitenbereiche entsteht. Konstruktive Interferenz liegt auch dann vor, wenn der Gangunterschied der beiden Teilwellen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge λ beträgt, was zu Nebenkeulen führen kann. Beträgt der Gangunterschied insbesondere h/2, dann tritt destruktive Interferenz, (Auslöschung) ein, was zu
gedämpften Bereichen innerhalb der Abstrahlcharakteristik der Membran M führen kann.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann insbesondere ein Gehäuse 26 die Membran M an deren Mantelwand zumindest bereichsweise umgeben, insbesondere zylinderförmig ausgebildet sein und umfasst zumindest bereichsweise die Membran M, die an zwei gegenüberliegenden Seiten verstärkt ausgebildet ist. Auf der Außenseite Ma der Membran M, insbesondere des Membranbodens, ist an der Position des
Dünnwandbereichs 23 der Membran M ein dazu separates Koppelelement 25
angeordnet. Die Flächenform, welche auch als Flächengeometrie bezeichnet wird, des Koppelelements 25 und der Dünnwandbereich 23 sind an die Flächenform einer
Abstrahlfläche der Membran M angepasst. Die Abstrahlfläche kann insbesondere einer Innengeometrie des Wandlers 24 bzw. dem Dünnwandbereich 23 entsprechen. Insbesondere liegt der Ultraschallsensor 2 mit seiner Membran M, mittels dem
Koppelement 25 direkt an einer Rückseite 21 a des Stoßfängers 21 des Kraftfahrzeugs an. Somit können bei einer Bestromung des Wandlers 24 die entsprechend erzeugten Schallwellen über die Membran M, und über das Koppelelement 25 direkt an den Stoßfänger 21 weitergegeben werden, wobei dann die Schallwellen in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs gesendet werden können. Das akustische Koppelement 25 bewirkt dabei, dass Schallwellen besser an den Stoßfänger 21 übertragen werden können. Dadurch kann die Abstrahlcharakteristik der Ultraschallsensoranordnung 1 verbessert werden und individuell beeinflusst werden. Insbesondere durch die Anpassung des akustischen Koppelelements 25 an eine asymmetrische Form der Membran M kann verhindert werden, dass nicht gewünschte gleichphasige Energie in den Stoßfänger 21 eingeleitet wird. Dadurch können unerwünschte Nebenkeulen in der
Abstrahlcharakteristik der Ultraschallsensoranordnung 1 vermieden werden. Es wird dadurch maximal gleichphasige Energie übertragen und eine gleichmäßige
Abstrahlcharakteristik kann dadurch realisiert werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Frontansicht des Ultraschallsensors 2. Insbesondere ist die Frontansicht in der Längsachse L senkrecht zur Figurenebene als
Betrachtungsrichtung zu sehen. Der Ultraschallsensor 2 weist dabei insbesondere das zylinderförmige Gehäuse 26 auf, und mit dem Gehäuse 26 gekoppeltes längliches weiteres, in welchem beispielsweise die elektrischen Kontakte für eine Kopplung mit einem Fahrerassistenz-/Parkassistenzsystem auf. Auf der Membran M ist das
Koppelelement 25 angeordnet, welches insbesondere als ein Klebepad ausgebildet sein kann. Insbesondere ist das Koppelelement 25 rechteckförmig ausgebildet. Die rechteckige Form des Koppelements 25 ist insbesondere in dieser Ausführungsform vorteilhaft, da der dahinter liegende, nicht gezeigte Wandler 24 im Dünnwandbereich 23 der Membran M an der Innenseite Mi ebenfalls rechteckförmig ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Koppelelement 25 als Rechteckform zwei
gegenüberliegende parallele geradlinige Ränder 25a und zwei die geradlinigen Ränder verbindende und jeweils konvexe weitere Ränder 25b auf.
Insbesondere kann das Koppelement 25 zusammenhängend und flächendeckend sein, Insbesondere ist das Koppelelement 25 weiterhin einstückig ausgebildet, sodass das Koppelement keine Vertiefungen beziehungsweise Einschnitte aufweist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass insbesondere das Koppelement 25 in seiner Dicke in Richtung der Längsachse L in seiner gesamten Flächengeometrie gleich ausgebildet ist. Fig. 4 zeigt den Ultraschallsensor 2 aus Fig. 3 in einer Seitenansicht. Das Koppelelement 25 ist dabei insbesondere in Umlaufrichtung um die Längsachse L der Membran M asymmetrisch ausgebildet. Des Weiteren sind die Rastelemente 5 in Fig. 4 aufgezeigt.
Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht eines Beispiels eines verbauten Ultraschallsensors 2 zumindest in Teilkomponenten. Der Ultraschallsensor 2 erstreckt sich dabei in eine Vertiefung 28 des Stoßfängers 21 , welche an der Rückseite 21 a des Stoßfängers 21 ausgebildet ist hinein. Neben der Vertiefung 28 in dem Stoßfänger 21 sind kreisförmig um den Ultraschallsensor 2 Dämpfungsringe 29 angeordnet. Dadurch wird eine Energieübertragung des Ultraschallsensors 2 in andere Bereiche des
Stoßfängers 21 verhindert. Der Stoßfänger 21 weist in einem im Vergleich zur Vertiefung 28 dickeren Bereich 27 insbesondere eine Wandstärke von 3mm auf. In der Vertiefung 28 kann der Stoßfänger 21 insbesondere eine Wandstärke von 2mm aufweisen. Die
Vertiefung 28 kann im Schnitt trapezförmig oder insbesondere konkav sein.
Der Ultraschallsensor 2 ist hier insbesondere über Haltelemente 30 mit dem Stoßfänger 21 baufest verbunden. Die Haltelemente 30 können beispielsweise mit den
Rastelementen 5 verbunden werden. Weiterhin möglich ist, dass die Halteelement 30 an dem Ende, an welchem sie mit dem Ultraschallsensor 2 verbunden sind, über
Dämpfungselemente 31 verfügen. Die Dämpfungselemente 31 können insbesondere dafür vorgesehen sein, dass Schwingungen des Ultraschallsensors 2 an den Stoßfänger 21 vermindert werden beziehungsweise Schwingungen des Stoßfänger 21 an den Ultraschallsensor 2 verhindert werden. Des Weiteren kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich die Membran M mit dem Dickwandbereich 22 und dem Dünnwandbereich 23 sowie den damit gekoppelten Koppelement 25 in die der Vertiefung 28 hinein erstreckt.
Allgemein ist die Flächengeometrie des Koppelelements 25 an die Abstrahlcharakteristik der Membran M angepasst. Insbesondere ist die Flächengeometrie des Koppelelements 25 an die Flächengeometrie des Dünnwandbereichs 23 angepasst und entspricht somit dieser Flächengeometrie, insbesondere auch in der Flächengröße.

Claims

Patentansprüche
1 . Ultraschallsensor (2) für ein Kraftfahrzeug, welcher zum verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil (21 ) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und welcher eine schwingungsfähige Membran (M) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist, wobei durch die Geometrie der Membran (M) eine Abstrahlcharakteristik für die Ultraschallsignale vorgegeben ist, und an der
Membran (M) ein flächiges, akustisches Koppelelement (25) angeordnet ist, welches zur akustischen Kopplung des Ultraschallsensors (2) mit dem
Verkleidungsteil (21 ) an der verdeckt verbauten Position und zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der Membran (M) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Flächenform des Koppelelements (25) einer Flächenform einer Abstrahlfläche der Membran (M) angepasst ist.
2. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (25) an einem Membranboden einer topfförmigen Membran (M) angeordnet ist.
3. Ultraschallsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (M) einen Dünnwandbereich (23) und einen Dickwandbereich (22) aufweist und die Flächenform des Koppelelements (25) an die Flächengeometrie des Dünnwandbereichs (22) angepasst ist, insbesondere weist das Koppelelement (25) die gleiche Flächengeometrie, wie der Dünnwandbereich (22) auf.
4. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flächenform des Koppelelements (25) achterförmig ausgebildet ist.
5. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flächenform des Koppelelements (25) rechteckförmig ausgebildet ist.
6. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (25) zwei gegenüberliegende parallele geradlinige Ränder (25a) und zwei die geradlinigen Ränder (25a) verbindende und jeweils konvexe weitere Ränder (25b) aufweist.
7. Ultraschallsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (25) als ein Klebepad ausgebildet ist.
8. Ultraschallsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flächenform des Koppelelements (25) zusammenhängend und flächendeckend ist.
9. Ultraschallsensoranordnung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil (21 ) und zumindest einem Ultraschallsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Ultraschallsensor (2) an einer Rückseite (21 a) des Verkleidungsteils (21 ) angeordnet ist, wobei die schwingungsfähige Membran (M) des Ultraschallsensor (2) über eine Außenseite (Ma) der Membran (M) mittels dem Koppelelement (25) mit der Rückseite (21 a) des Verkleidungsteils (21 ) gekoppelt ist, und der Ultraschallsensor (2) zum Aussenden und/oder
Empfangen von Ultraschallsignalen durch das Verkleidungsteil (21 ) hindurch angeordnet ist.
10. Ultraschallsensoranordnung (1 ) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungsteil (1 ) auf der Rückseite (21 a) eine Vertiefung (28) aufweist, in welche sich der Ultraschallsensor (2) hinein erstreckt.
1 1 . Ultraschallsensoranordnung (1 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (2) zumindest ein Haltelement (30) aufweist, mittels welchem der Ultraschallsensor (2) an dem Verkleidungsteil (21 ) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
12. Ultraschallsensoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungsteil (21 ) ein Stoßfänger (21 ) ist.
13. Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
14. Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors (2) für den verdeckten Verbau an einem Verkleidungsteil (21 ) eines Kraftfahrzeugs, wobei eine schwingungsfähige Membran (M) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen bereitgestellt wird, wobei durch die Geometrie der Membran (M) eine
Abstrahlcharakteristik für die Ultraschallsignale vorgegeben wird, und an der Membran (M) ein flächiges, akustisches Koppelelement (25) angeordnet wird, welches zur akustischen Kopplung des Ultraschallsensors (2) mit dem
Verkleidungsteil (21 ) an der verdeckt verbauten Position und durch welches die Abstrahlcharakteristik der Membran (M) beeinflusst wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (25) in seiner Flächenform einer Flächenform einer
Abstrahlfläche der Membran (M) angepasst wird.
PCT/EP2017/079627 2016-12-05 2017-11-17 Ultraschallsensor für ein kraftfahrzeug mit einem akustischen koppelelement, ultraschallsensoranordnung, kraftfahrzeug und verfahren Ceased WO2018104032A1 (de)

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WO (1) WO2018104032A1 (de)

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