WO2024094516A1 - Signalübertragende struktur, die insbesondere selektiv elasto-mechanisch ausgeführt ist, für ein fahrzeugmodul, fahrzeugmodul und verfahren zur herstellung des fahrzeugmoduls - Google Patents

Signalübertragende struktur, die insbesondere selektiv elasto-mechanisch ausgeführt ist, für ein fahrzeugmodul, fahrzeugmodul und verfahren zur herstellung des fahrzeugmoduls Download PDF

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WO2024094516A1
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WO
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signal
transmitting
transmitting structure
vehicle module
designed
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PCT/EP2023/079755
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Thomas Klaus
Lars Sodan
Ulf Steinecke
Joachim Friedl
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Robert Bosch 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

  • Signal-transmitting structure which is in particular selectively elasto-mechanically designed, for a vehicle module, vehicle module and method for producing the vehicle module
  • the invention relates to a signal-transmitting structure, which is in particular selectively elasto-mechanically designed, for a vehicle module, a vehicle module and a method for producing the vehicle module.
  • a signal-transmitting structure for a vehicle module which is designed as a distance sensor with an ultrasonic sensor, is known from the document US11181627B2.
  • the object of the present invention is to provide an improved arrangement and signal transmission for a vehicle module, including an optimized method for producing the vehicle module, by means of a solution from the field of assembly and connection technology.
  • the object of the present invention is to enable the use of MEMS-based transceiver units (transceiver elements) for the vehicle module.
  • a solution from the field of assembly and connection technology is proposed to enable a vehicle module based on a MEMS transceiver unit, a signal-transmitting structure that is selectively elastomechanically designed for the vehicle module based on MEMS transceivers.
  • Selectively elastomechanically means that selected areas of the signal-transmitting structure can have a lower rigidity than the remaining areas.
  • the vehicle module is preferably designed for use in a front and/or rear vehicle area, e.g. a bumper, and is designed in particular as a distance sensor.
  • the selectively elasto-mechanically designed signal-transmitting structure (or the housing part selectively structured for signal transmission) comprises: a housing which has at least one essentially closed frame-like structure with a first wall thickness, at least one signal-transmitting region with a second wall thickness, wherein the signal-transmitting region is arranged via a connection unit essentially in direct contact with at least one transceiver unit, which is preferably designed as an M EMS transceiver unit, and the transceiver unit is designed to emit a signal, in particular an ultrasonic signal, and to receive a reflected signal, in particular a reflected ultrasonic signal, and at least one signal-decoupling element which is designed to be movable and has a third wall thickness, wherein the signal-decoupling element is arranged at least circumferentially enclosing the signal-transmitting region and at least partially adjoins the frame-like structure of the housing, wherein the third wall thickness of the signal-decoupling element is smaller than the first and/or the
  • the vehicle module further comprises at least one transceiver unit, which is preferably designed as a MEMS transceiver unit, which is arranged essentially in direct contact with at least one signal-transmitting region of the signal-transmitting structure and is designed to emit a signal, in particular an ultrasonic signal, and to receive a reflected signal, in particular a reflected ultrasonic signal. received.
  • the vehicle module also includes a signal processing unit for controlling the transceiver unit and/or processing and evaluating the signals from the transceiver unit.
  • the signal processing can include amplification, filtering, conversion from analog to digital, formatting in a communication protocol, etc.
  • the signal processing unit is preferably designed in the form of a mixed signal ASIC (application specific integrated circuit) that can perform both analog and digital operations, or alternatively in the form of a pController.
  • the transceiver unit forms a combined transmitting and receiving device.
  • the signal processing unit can form a separate component to the transceiver unit. Alternatively, functional integration is also conceivable.
  • piezo-based IIS transceivers are commonly used, which are mounted on circuit boards using conventional SMD technology.
  • the assembled circuit boards are currently usually positioned within a plastic injection-molded housing, which can be supplemented in the area used for ultrasonic signal transmission, for example, by a locally inserted metal cap.
  • the interior of the parking pilot in current products must be filled with a medium that is better suited to ultrasonic signal transmission than air.
  • polymeric potting compounds are commonly used, which are filled in in a liquid state and then thermally hardened. However, such potting compounds would lead to unwanted signal interference and offer no adjustability.
  • the measuring range for example by using a plurality of transceiver units, a plurality of corresponding signal-transmitting areas of the signal-transmitting structure, and a plurality of corresponding signal-decoupling elements of the signal-transmitting structure, wherein the plurality of signal-transmitting areas and the plurality of signal-decoupling elements can each form a signal-transmitting structure and can be arranged within the housing of the signal-transmitting structure. If the components mentioned are all used in a phase-shifted manner, i.e.
  • the signal-transmitting structure or the vehicle module can be operated as a so-called "phased array", similar to the Fresnel Huygens principle, thereby advantageously ensuring the spatial adjustability of the measuring range.
  • the signal-decoupling element unwanted signal interference can be avoided and the signal quality can thus be advantageously optimized.
  • the signal-transmitting region of the signal-transmitting structure and the MEMS transceiver unit in the form of essentially direct contact with each other, good signal transmission can be ensured even without using the above-mentioned potting compound as a signal-transmitting medium.
  • the vehicle module (or its housing part) is usually subject to requirements that contradict each other:
  • the housing of the vehicle module must be able to withstand the expected load collective in the bumper area, which requires a robust construction and therefore a design with high rigidity.
  • the coupling out of the transmitted signal (as well as the coupling in of the signal reflected from the environment) is carried out by the deflection of the housing surface provided for this purpose.
  • the deflection is stimulated by the respective ultrasonic signal.
  • the signal-transmitting Housing part (the signal-transmitting area) must be connected flexibly (solved via a signal-decoupling element as proposed) to the rest of the housing (frame-like structure of the housing), which (at least locally) requires a design with low rigidity. This can be advantageously achieved by the proposed different wall thicknesses for the mentioned areas.
  • connection unit has at least a first connection element that is arranged between the signal-transmitting area and the transceiver unit.
  • the first connection element comprises a plurality of spacer elements for establishing essentially direct contact between the signal-transmitting area and the transceiver unit.
  • an end position of the electronic assembly can be determined with the transceiver unit, wherein the spacer elements can be designed as spacer balls and can help to simplify the static overdetermination of the vehicle module with respect to the large number of spatial degrees of freedom to be taken into account and, together with the second adhesive, ensure that all joints created at the same time are brought into contact with the desired components or are connected to the desired components.
  • the signal-decoupling element is designed as a web element or as a film element. In this way, unwanted signal interference can be advantageously avoided and the required flexible connection of the signal-transmitting housing part to the rest of the housing can be advantageously provided.
  • the signal-transmitting structure is made monolithically from plastic and/or as a composite of several metallic materials. Known manufacturing processes can be used advantageously and, for example, in the case of monolithic production from plastic (thermoplastic or thermosetting plastic), the specific advantages of a plastic such as low weight, corrosion resistance and relatively low manufacturing costs can be exploited in order to be able to realize the reduced wall thickness of the signal-decoupling element as a web element, e.g. via injection molding, or to be able to use the film element in the composite of the individual metallic materials advantageously as a signal-decoupling element.
  • the electronic assembly can be inserted into the housing of the signal-transmitting structure in a single joining step by simultaneously creating the said joints, and a conventional assembly process flow (which includes filling the housing with potting compound and hardening the potting compound) can be used in a modified manner. Since the signal-transmitting area of the housing and the transceiver unit are essentially arranged in direct contact with each other, since no potting compound is to be used as a signal-transmitting medium, this leads to a further challenge in the arrangement of the electronic components: each
  • MEMS element MEMS transceiver unit
  • a material-locking manner flush
  • an electrical contact level electronic assembly, e.g. designed as a circuit board, e.g. on the underside of the transceiver unit.
  • a first connecting element of the connecting unit in order to produce the first joint, is applied to the electronic assembly in a first intermediate step of the second step and/or in order to produce the second joint, a second connecting element of the connecting unit is applied to the electronic assembly in a first intermediate step of the second step.
  • the first connecting element is designed as a first adhesive, in particular a thermally curing adhesive
  • the second connecting element is designed as a second adhesive, in particular a UV-curing adhesive.
  • the first connecting element which is designed as a first adhesive, has a plurality of spacer elements, each of which has a diameter. Based on the diameter of the A thickness of the first connecting element can be adjusted using spacer elements. This advantageously makes it possible to establish approximately direct contact between the signal-transmitting region of the signal-transmitting structure or the corresponding housing part of the signal-transmitting structure and the transceiver unit.
  • a substantially direct contact between the at least one signal-transmitting region of the signal-transmitting structure and the at least one transceiver unit of the electronic assembly can be established via the plurality of spacer elements of the first adhesive.
  • the spacer elements can be designed as spacer balls and can help to simplify the static overdetermination of the vehicle module with respect to the large number of spatial degrees of freedom to be taken into account and, together with the second adhesive, ensure that all joints produced at the same time are brought into contact with the desired components or are connected to the desired components.
  • first adhesive and/or the second adhesive is cured in a third intermediate step of the second step to produce the first joint and/or to produce the second joint. This advantageously prevents unwanted misalignment and ensures that the joints come into contact with the desired components.
  • the provision of the selectively elastomechanically designed signal-transmitting structure for the vehicle module takes place in a first step by producing the signal-transmitting structure monolithically by means of injection-compression molding or by producing the signal-transmitting structure by means of joining processes, in particular laser or ultrasonic welding.
  • the proposed structure can be provided flexibly and using common methods that allow the individual components of the To connect or bring structures into contact with one another via joints in one joining step.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle having a vehicle module
  • Fig. 2 a to c show schematic representations of a selectively elasto-mechanically designed signal-transmitting structure according to a first embodiment for a vehicle module in Fig. 1;
  • Fig. 3 a to c are schematic representations of a selectively elasto-mechanically designed signal-transmitting structure according to a second embodiment for a vehicle module in Fig. 1;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a vehicle module comprising the signal transmitting structure in Figs. 2 a to c or in Figs. 3 a to c;
  • Fig. 5 is an enlarged schematic representation of a region in Fig. 4;
  • Fig. 6 a to d show a schematic representation of a method for producing a vehicle module in Fig. 4; and Fig. 6 e is a schematic representation of the complete process sequence in Fig. 6 a to d.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 having a vehicle module 105.
  • the vehicle module 105 can be used in a front vehicle area 110 and/or in a rear vehicle area 115. Specifically, the vehicle module 105 can be embedded or integrated in the bumper in the front vehicle area 110.
  • the vehicle module 105 can be designed as a distance sensor or as a so-called parking pilot in order to give the driver information about the distance of the vehicle 100 to obstacles in the surroundings of the vehicle 100 when parking.
  • the vehicle module 105 can have a surface facing the surroundings of the vehicle 100 (the outside world) (which can be designed as a housing surface).
  • the functional principle of the vehicle module 105 is usually based on a transit time measurement of an emitted signal 120, which in the case of a distance sensor is designed as an ultrasonic signal 125 or an acoustic signal in the ultrasonic range.
  • an emitted signal 120 which in the case of a distance sensor is designed as an ultrasonic signal 125 or an acoustic signal in the ultrasonic range.
  • At the start of a distance measurement at least one transceiver unit 400 (not shown) of the vehicle module 105 emits an ultrasonic signal through a surface facing the environment or outside world of the vehicle 100. If this signal 120, 125 encounters an obstacle, this results in a reflection 130, 135 of the signal.
  • the reflected signal 130 or the reflected ultrasonic signal 135 can be detected by the transceiver unit 405.
  • the transceiver unit 405 can be designed as a micromechanical structure (MEMS: micro electromechanical system).
  • the vehicle module 105 has at least one selectively elasto-mechanically designed signal-transmitting structure 200, 300, which functionally interacts with the at least one transceiver unit 405 and is explained in more detail with reference to the following figures.
  • the aforementioned signal-transmitting structure 200, 300 can have the above-mentioned surface facing the environment or the outside world of the vehicle 100.
  • the signal-transmitting structure 200, 300 is also not shown in Fig. 1.
  • the vehicle module 105 can also have a signal processing unit 410 for controlling and evaluating the signals of the transceiver unit 405 (not shown).
  • the signal processing unit can also be functionally embedded or integrated into the transceiver unit 405.
  • FIGS. 2 a to c show schematic representations of a selectively elastomechanically designed signal-transmitting structure 200 according to a first embodiment for the vehicle module 105 in Fig. 1.
  • Fig. 2 a shows a top view of the vehicle module 105
  • Fig. 2 b shows a side view in cross section according to a cutting plane 5 in Fig. 2 a
  • Fig. 2 c shows an enlarged detailed view according to an area 10 in Fig. 2 b.
  • the signal-transmitting structure 200 comprises a housing 205 which has at least one essentially closed frame-like structure 210 with a first wall thickness 213. Closed can mean that the frame-like structure 210 is designed without an opening or without an open area.
  • Frame-like can also be understood in the sense of a surrounding or enclosing structure.
  • the housing 205 is approximately circular. However, this can also be implemented differently, e.g. approximately square, rectangular, etc. and does not limit the present invention.
  • the signal-transmitting structure 200 has at least one signal-transmitting region 215, which is shown in Fig. 2 c as an enlargement of the region 10 in Fig. 2 b.
  • the signal-transmitting region 215 has a second wall thickness 217.
  • the at least one signal-transmitting region 215 is arranged in each case via a connection unit 220 (not shown) essentially in direct contact with at least one transceiver unit 405 (not shown).
  • the transceiver unit 405 is designed to transmit a signal, in particular an ultrasonic signal, and to receive a reflected signal, in particular a reflected ultrasonic signal.
  • the transceiver unit 405 can be arranged at least partially within the housing 205 of the signal-transmitting structure 200.
  • the signal-transmitting structure 200 also has at least one signal-decoupling element 230, which is designed to be movable and has a third wall thickness 233.
  • the signal-decoupling element 230 can also be understood as a signal-decoupling membrane and the signal-transmitting region 215 as a signal-transmitting membrane.
  • the third wall thickness 233 of the signal-decoupling element 230 can be designed to be smaller than the first wall thickness 213 and the second wall thickness 217, in other words the rigidity of the third wall thickness 233 and thus of the signal-decoupling element 230 can be designed to be the lowest.
  • the load collective can include the loads acting on the vehicle module 105 installed in a vehicle bumper, for example, caused by stone chips, etc.
  • the signal-decoupling element 233 is arranged 235 at least circumferentially enclosing the signal-transmitting region 215 and borders 240 at least partially on the closed frame-like structure 210 of the housing 205.
  • enclosing the circumference can mean that the signal-decoupling element 233 is in direct functional connection with the signal-transmitting region 215 of the signal-transmitting structure 200 in order to ensure good signal quality of the signal transmitted and received by the transceiver unit 405 and, in the presence of a plurality of transceiver units 405 and a corresponding plurality of signal-transmitting regions 215 and a plurality of signal-decoupling elements 233, to prevent crosstalk/superposition/interference of the individual signals transmitted and received by the various transceiver units 405.
  • Fig. 2 a four signal-transmitting regions 215 are shown schematically, each of which is enclosed by a signal-decoupling element 230.
  • the signal decoupling element 233 can therefore advantageously contribute to improved signal decoupling or signal separation and thus to optimizing the signal quality.
  • the MEMS transceiver unit 405 can be operated as a combined actuator/sensor unit (combined transmitting and receiving device).
  • the transceiver unit 405 is initially operated as an actuator in order to generate and transmit a signal, i.e. an ultrasonic signal.
  • the signal-transmitting area 215 of the signal-transmitting structure 200 which is arranged essentially in direct contact with the transceiver unit 405 via the connection unit 220, is also set in motion or vibrated in order to transmit the signal, i.e. the ultrasonic signal, to the surroundings of the vehicle module 105 and to detect possible obstacles that reflect the signal, i.e. the ultrasonic signal.
  • the transceiver unit 405 can be deactivated, for example briefly, so that the signal-transmitting area 215 or the signal-transmitting membrane is at rest.
  • the signal reflected from an obstacle ie the reflected ultrasonic signal, hits the signal transmitting area 215 and puts it in Movement/oscillation/vibration in order to receive the said signal via the M EMS transceiver unit 405, which is now operated as a sensor, and from the transit time of the transmitted and received ultrasonic signal as well as the speed of sound, a distance to an obstacle can be determined.
  • the signal-decoupling element 230 shown in Fig. 2 c is designed as a web element 255.
  • Web element 255 can mean that a material of the signal-decoupling element 230, a material of the frame-like structure 210 adjacent to the signal-decoupling element 230, and a material of the signal-transmitting area 215 are each of the same type or of the same design or are manufactured monolithically.
  • the signal-transmitting structure 200 including the components mentioned can be manufactured monolithically.
  • the signal-transmitting structure 200 including the above-mentioned components is manufactured monolithically from plastic, e.g. a thermoplastic, in order to utilize the specific advantages of a plastic such as low weight, corrosion resistance and relatively low manufacturing costs.
  • the usual method is injection molding, in the present case advantageously in the injection-compression molding variant, in order to be able to realize the reduced third wall thickness 233 of the web element 255 (connecting web) as a signal-decoupling membrane by injection molding.
  • connection unit 220 not shown in Fig. 2 a to c and its components are explained in more detail with reference to the following Fig. 5.
  • Fig. 3 a to c show schematic representations of a selectively elastomechanically designed signal-transmitting structure according to a second embodiment 300 for the vehicle module 105 shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 a shows a top view of the signal-transmitting structure 300
  • Fig. 2 b shows an isometric view or a perspective view according to a section plane 5 in Fig. 3 a
  • Fig. 3 c shows an inclined side view in cross section according to the section plane 5 in Fig. 3 a.
  • the signal-transmitting structure 300 can be designed similarly to Fig.
  • the signal-transmitting structure 300 can, for example, have a film element 360 as a signal-decoupling element 330.
  • the film element 360 can, for example, be designed in the form of a thin film or a thin film layer (each with low rigidity and thus good mobility) and, as shown in Fig. 3 b, completely cover the frame-like structure 310 of the housing 305 and the signal-transmitting area 315.
  • Fig. 3 a to c can be seen as an example of a production of the signal-transmitting structure 300 as a composite of several metallic materials (individual metallic parts), wherein the composite of the several metallic materials can be produced, for example, by a joining process such as ultrasonic or laser welding.
  • the shape of the housing 305 is shown as an example, as already explained in connection with Fig. 2 a to c, and does not restrict the invention to an approximately circular or, as shown in Fig. 3 a to c, an approximately rectangular frame 310 or an approximately rectangular housing 305.
  • the elements additionally shown in Fig. 2 a to c and Fig. 3 a to c on the signal-transmitting area 215, 315 do not restrict the invention and can also be omitted in an alternative embodiment.
  • variants of the signal-transmitting structure 300 are a monolithic solution made of metal, produced by a primary forming process such as casting, as well as a composite solution made of plastic parts, joined by, for example, laser or ultrasonic welding.
  • the vehicle module 105 which includes the transceiver unit 405
  • the adjustability can be achieved based on the use of a plurality of transceiver units 405, a plurality of corresponding signal-transmitting areas 215, 315 of the signal-transmitting structure 200, 300, as well as a plurality of corresponding signal-decoupling elements 230, 330 of the signal-transmitting structure 200, 300.
  • the plurality of signal-transmitting areas 215, 315 and the plurality of signal-decoupling elements 230, 330 can each form a selectively elastic-mechanical signal-transmitting structure 200, 300 and can be arranged within the housing 205, 305 of the signal-transmitting structure 200, 300. If the components mentioned are all operated in a phase-delayed manner, i.e. with a time offset (e.g. the phase delay can be set by suitable programming), the signal-transmitting structure 200, 300 or the vehicle module 105 can be operated as a so-called "phased array" and thus ensure the spatial adjustability of the measuring range.
  • a time offset e.g. the phase delay can be set by suitable programming
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the vehicle module 105, which comprises the signal-transmitting structure 200, 300 in Figs. 2 a to c or in Figs. 3 a to c and which has at least one transceiver unit 405.
  • the vehicle module 105 can form a distance sensor which, as shown in Fig. 1, can be embedded in the vehicle 100.
  • the vehicle module 105 has two signal-transmitting areas 215, 315 and two transceiver units 405 arranged in direct contact therewith essentially via the connection unit 220, 320.
  • this is only an example and can also be implemented in an alternative embodiment with a different number of the components mentioned.
  • the connection unit has at least one first connection element 245, 345, which is arranged between the signal-transmitting area 215, 315 and the transceiver unit 405.
  • the first connection element 245, 345 comprises a plurality of spacer elements 250, 350 for establishing the essentially direct contact of the signal-transmitting area 215, 315 with the transceiver unit 405.
  • the vehicle module 105 in Fig. 4 has a first joint 20 and a second joint 25.
  • the second joint 25 can be a circumferential, essentially ring-shaped contour, in particular an adhesive contour.
  • the aforementioned joints 20, 25 are produced simultaneously in the method for producing 500 the vehicle module 105, the method for producing 500 the vehicle module 105 becoming even clearer with the aid of the following figures. Fig.
  • FIG. 5 shows an enlarged schematic representation of a further region 15 in Fig. 4.
  • the enlarged further region 15 shows, for example, the first connecting element 245, 345 or the first joint 20 with the plurality of spacer elements 250, 350 in more detail.
  • the first connecting element 245, 345 can be designed, for example, as a first adhesive, preferably a thermally curing adhesive, and comprise the aforementioned plurality of spacer elements 250, 350. It is conceivable that the composition of the material of the spacer elements 250, 350 and of the thermally curing adhesive as the first connecting element 245, 345 are the same or similar, e.g. PMMA, PMMA: polymethyl methacrylate, in order to generate as little signal loss as possible for the vehicle module 105.
  • Fig. 6 a to d show a schematic representation of the method for producing 500 the vehicle module 105 in Fig. 4.
  • an electronic assembly 400 is provided which includes the at least one transceiver unit 405 and a signal processing unit 410 (not shown) as well as operative connections (not shown) of the components for their function.
  • the electronic assembly 400 can be provided, for example, by conventional CoB assembly (CoB: Chip on Board) of the MEMS transceiver unit 400 or the signal processing unit 410 on a populated rewiring substrate which is designed as a circuit board.
  • the signal processing unit 410 can be designed as a separate component to the transceiver unit 405. Alternatively, functional integration is also conceivable.
  • the signal-transmitting structure 200, 300 explained in the preceding figures is provided, which comprises the housing 205, 305.
  • the provision of the signal-transmitting structure 200, 300 for the vehicle module 105 in the first step can be carried out as mentioned above, namely by producing the signal-transmitting structure 200 monolithically from plastic, e.g. a thermoplastic, by means of injection molding (analogous to the description of Fig. 2 a to c).
  • the provision of the signal-transmitting structure 200, 300 for the vehicle module 105 can be carried out in the first step by producing the signal-transmitting structure 300 from a metallic composite by means of a joining process, in particular laser or ultrasonic welding (cf. description of Fig. 3 a to c).
  • Fig. 6 b shows a second step 510 of the method 500, namely the joining of the electronic assembly 400 into the housing 205, 305 of the signal-transmitting structure 200, 300, so that between the at least one transceiver unit 405 of the electronic assembly 400 and the signal-transmitting area 215, 315 at least the first joint 20 and/or between the frame-like structure 210, 310 of the housing 205, 305 and the electronic assembly 400 at least the second joint 25 and/or the third joint 30 are created simultaneously.
  • This step is essential to the invention and is shown in detail with the individual joints 20, 25 in Fig. 4 and in the complete process sequence in Fig. 6 e.
  • the first connecting element 250, 350 of the connecting unit 220, 320 i.e. the first liquid adhesive, which preferably cures thermally, is applied (dispensed) to the electronic assembly 400 and/or to produce the second joint 25, a second connecting element 270, 370 of the connecting unit 220, 320 is also applied (dispensed) to the electronic assembly 400 in the first intermediate step 511.
  • the second connecting element 270, 370 can be designed as a second adhesive, in particular a UV-curing thixotropic (viscous) adhesive, which is applied as a sufficiently thick layer.
  • the frame-like structure 210, 310 of the housing 205, 305 of the signal-transmitting structure 200, 300 can be sufficiently firmly connected to the electronic assembly 400, comprising the transceiver unit 405.
  • the second Adhesive 270, 370 as a tolerance-compensating element to compensate for the static overdetermination that otherwise occurs during this joining step.
  • the static overdetermination results from the number of bodies to be joined (here, for example, greater than or equal to three, i.e. the at least one transceiver unit 400 (or more than one transceiver unit 400), the electronic assembly 400 and the signal-transmitting structure 200, 300 with the housing 205, 305 and the at least one signal-transmitting region 215, 315 (or more signal-transmitting regions)), the number of similar joining points (here, for example, two, since the second joining point 25 is designed as a structural joining point and the first joining point 20 is designed as a signal-transmitting joining point) and the number of joining steps (here, for example, one, since, as mentioned, all joining points 20, 25 are created simultaneously).
  • six degrees of freedom would have to be taken into account for the individual joining step (depending on the number of MEMS transceiver units used (400) or the corresponding number of signal-transmitting areas (215, 315).
  • Number of joining conditions to be fulfilled (number of joining parts - 1) x 6.
  • the situation is overdetermined when there are more joining conditions to be fulfilled than degrees of freedom.
  • An analogy to this can be the solvability of linear systems of equations, which is given when the number of variables is equal to (or smaller than) the number of equations.
  • the complexity mentioned is simplified by first applying the first thermally curing adhesive 220, 320 between the transceiver unit 405 and the signal-transmitting region 215, 315, in order to establish, in a second intermediate step 513, the essentially direct contact of the signal-transmitting region 215, 315 of the signal-transmitting structure 200, 300 and the transceiver unit 405 via the plurality of spacer elements 250, 350 (so-called “spacer balls”) of the first connecting element 250, 350, i.e. the first adhesive.
  • 365 of a spacer element of the plurality of spacer elements 250, 350, the thickness of the first connecting element 250, 350 and thus a distance or contact of the transceiver unit 405 and the signal-transmitting region 215, 315 can be precisely adjusted.
  • the optimal contact between the frame-like structure 210, 310 of the housing 205, 305 of the signal-transmitting structure 200, 300 and the electronic assembly 400 is set via the second connecting element 270, 370, i.e. the second UV-curing adhesive.
  • the second connecting element 270, 370 can be squeezed to the sides of the second joint 25.
  • the first adhesive 250, 350 and/or the second adhesive 270, 370 is cured.
  • the second UV-curing adhesive 270, 370 is first cured by exposure to UV light so that all components are fixed to one another and unwanted misalignment is no longer possible.
  • the first adhesive 250, 350 is then thermally cured by an oven process.
  • a third step 515 of the method 500 the housing 205, 305 of the signal-transmitting structure 200, 300 is closed using conventional technology.
  • the third step 515 including the first sub-step 520 and the second sub-step 525 is shown in Fig. 6 c to e.
  • the first sub-step 520 of the third step 515 includes a conventional joining of the produced components into an overall housing 420 of the vehicle module 105 and the second sub-step 525 of the third step 515 includes the provision of an electrical contact using a contacting unit 415.
  • the electrical contact can be provided by conventional rear contacting of the electronic assembly 400 for connection to the other electrical components.
  • the contacting unit can form an array of spring-loaded contact pins, for example.
  • first wall thickness signal-transmitting region second wall thickness connecting unit substantially direct contact signal-decoupling element third wall thickness arrangement of the signal-decoupling element adjoining the signal-decoupling element first connecting element thickness of the first connecting element plurality of spacer elements film element diameter of a spacer element second connecting element electronic assembly transceiver unit signal processing unit contacting unit overall housing method for producing a vehicle module first step second step first intermediate step of the second step second intermediate step of the second step third intermediate step of the second step third step first intermediate step of the third step second intermediate step of the third step of the third step second intermediate step of the third step

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Abstract

Es wird eine signalübertragende Struktur (200, 300), die insbesondere selektiv elasto-mechanisch ausgeführt ist, für ein Fahrzeugmodul (105), ein Fahrzeugmodul (105) sowie ein korrespondierendes Herstellungsverfahren vorgeschlagen. Die signalübertragende Struktur (200, 300) umfasst: ein Gehäuse (205, 305), das zumindest eine im Wesentlichen geschlossene rahmenartige Struktur (210, 310) mit einer ersten Wandstärke aufweist, zumindest einen signalübertragenden Bereich (215, 315) mit einer zweiten Wandstärke, wobei der signalübertragende Bereich (215, 315) jeweils über eine Verbindungseinheit (220, 320) im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einer Transceivereinheit (405) angeordnet ist, und zumindest ein signalentkoppelndes Element (230, 330), das beweglich ausgebildet ist und eine dritte Wandstärke aufweist, wobei das signalentkoppelnde Element (230, 330) zumindest umfangsseitig umschließend um den signalübertragenden Bereich (215, 315) angeordnet ist und zumindest teilweise an die rahmenartige Struktur (210, 310) des Gehäuses (205, 305) angrenzt, wobei die dritte Wandstärke des signalentkoppelnden Elements (230, 330) kleiner als die erste und/oder die zweite Wandstärke ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Signalübertragende Struktur, die insbesondere selektiv elasto-mechanisch ausgeführt ist, für ein Fahrzeugmodul, Fahrzeugmodul und Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugmoduls
Die Erfindung betrifft eine signalübertragende Struktur, die insbesondere selektiv elasto-mechanisch ausgeführt ist, für ein Fahrzeugmodul, ein Fahrzeugmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugmoduls.
Stand der Technik
Eine signalübertragende Struktur für ein Fahrzeugmodul, das als Abstandssensor mit einem Ultraschallsensor ausgebildet ist, ist aus der Schrift US11181627B2 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch eine Lösung aus dem Gebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik eine verbesserte Anordnung und Signalübertragung für ein Fahrzeugmodul samt einem optimierten Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugmoduls anzugeben. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verwendung von MEMS basierten Transceivereinheiten (Transceiverelementen) für das Fahrzeugmodul zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird eine Lösung aus dem Gebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik zur Ermöglichung eines auf einer MEMS-Transceivereinheit basierenden Fahrzeugmoduls, einer signalübertragenden Struktur, die selektiv elasto- mechanisch ausgeführt ist, für das auf MEMS-Transceivern basierende Fahrzeugmodul vorgeschlagen. Selektiv elasto-mechanisch bedeutet dabei, dass ausgewählte Bereiche der signalübertragenden Struktur eine geringere Steifigkeit aufweisen können als die übrigen Bereiche. Das Fahrzeugmodul ist vorzugsweise zur Verwendung in einem vorderen und/oder hinteren Fahrzeugbereich, z.B. einer Stoßstange, ausgelegt und insbesondere als Abstandssensor ausgebildet. Die selektiv elasto-mechanisch ausgeführte signalübertragende Struktur (bzw. der zur Signalübertragung selektiv strukturierte Gehäuseteil) umfasst: ein Gehäuse, das zumindest eine im Wesentlichen geschlossene rahmenartige Struktur mit einer ersten Wandstärke aufweist, zumindest einen signalübertragenden Bereich mit einer zweiten Wandstärke, wobei der signalübertragende Bereich jeweils über eine Verbindungseinheit im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einer Transceivereinheit angeordnet ist, die vorzugsweise als M EMS Transceivereinheit ausgebildet ist, und die Transceivereinheit zum Aussenden eines Signals, insbesondere eines Ultraschallsignals, und zum Empfangen eines reflektierten Signals, insbesondere eines reflektierten Ultraschallsignals, ausgelegt ist, und zumindest ein signalentkoppelndes Element, das beweglich ausgebildet ist und eine dritte Wandstärke aufweist, wobei das signalentkoppelnde Element zumindest umfangsseitig umschließend um den signalübertragenden Bereich angeordnet ist und zumindest teilweise an die rahmenartige Struktur des Gehäuses angrenzt, wobei die dritte Wandstärke des signalentkoppelnden Elements kleiner als die erste und/oder die zweite Wandstärke ausgebildet ist.
Das Fahrzeugmodul weist ferner zumindest eine Transceivereinheit, die vorzugsweise als eine MEMS Transceivereinheit ausgebildet ist, die im Wesentlichen jeweils in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einem signalübertragenden Bereich der signalübertragenden Struktur angeordnet ist und ausgelegt ist, ein Signal, insbesondere ein Ultraschallsignal auszusenden, und ein reflektiertes Signal, insbesondere ein reflektiertes Ultraschallsignal, zu empfangen. Des Weiteren umfasst das Fahrzeugmodul eine Signalverarbeitungseinheit zum Ansteuern der Transceivereinheit und/oder Verarbeiten und Auswerten der Signale der Transceivereinheit. Die Signalverarbeitung kann dabei Verstärken, Filtern, Wandlung von Analog zu Digital, Formatieren in ein Kommunikationsprotokoll, etc. umfassen.
Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinheit in Form eines mixed signal ASIC (application specific integrated circuit), das sowohl Analog- wie auch Digitaloperationen durchführen kann, ausgebildet oder alternativ in Form eines pControllers. Die Transceivereinheit bildet ein kombiniertes Sende- und Empfangsgerät. Die Signalverarbeitungseinheit kann eine separate Komponente zur Transceivereinheit bilden. Alternativ ist auch eine funktionale Integration denkbar.
Derzeit sind Piezo-basierte IIS-Transceiver gebräuchlich, die in konventioneller SMD Technik auf Leiterplatten gefügt sind. Die bestückten Leiterplatten sind derzeit üblicherweise innerhalb eines Kunststoffspritzgussgehäuse positioniert, das im für die Ultraschall-Signaltransmission verwendeten Bereich bspw. durch lokal eingesetzte Metallkappe ergänzt werden kann. Um eine hinreichend gute Signalübertragung innerhalb des Parkpiloten (zwischen US-Transceiver und dem zur Signaltransmission verwendeten Bereichs des Gehäuses) zu erzielen, muss bei derzeitigen Produkten der Innenraum des Parkpiloten mit einem Medium gefüllt werden, das zur Ultraschall-Signalübertragung besser geeignet ist als Luft. Derzeit gebräuchlich sind polymere Vergussmassen, die im flüssigen Zustand eingefüllt werden, und anschließend thermisch aushärten. Solche Vergussmassen würden vorliegend jedoch zu ungewollten Signal-Interferenzen führen und keinerlei Einsteilbarkeit bieten. Daher sind derzeitige Systeme auf eine Transceivereinheit bzw. ein Transceiverelement pro Modul (bzw. pro Gehäuse einer signalübertragenden Struktur) limitiert. Aufgrund der Limitierung auf eine Transceivereinheit pro Modul ist eine Formung der Signalausbreitung (Richtung u. Divergenzwinkel) nicht möglich.
Bei den genannten gängigen piezobasierten Strukturen bzw. Fahrzeugmodulen, die als Abstandssensoren ausgebildet sind, wird in einen Halbraum in einer Umgebung des Fahrzeugs gemessen, wobei der Messbereich (also der Halbraum) nicht ausgewählt werden kann. Mithilfe der vorgeschlagenen Erfindung ist es möglich den Messbereich einzustellen, beispielsweise durch eine Nutzung einer Mehrzahl an Transceivereinheiten, einer Mehrzahl dazu korrespondierender signalübertragender Bereiche der signalübertragenden Struktur, sowie einer Mehrzahl dazu korrespondierender signalentkoppelnder Elemente der signalübertragenden Struktur, wobei die Mehrzahl signalübertragender Bereiche und die Mehrzahl signalentkoppelnder Elemente jeweils eine signalübertragende Struktur bilden können und innerhalb des Gehäuses der signalübertragenden Struktur angeordnet sein können. Werden die genannten Komponenten alle phasenverzogen, also mit zeitlichem Versatz, der durch geeignete Programmierung einstellbar ist, genutzt, so kann die signalübertragende Struktur bzw. das Fahrzeugmodul als sog. „phased array“ betrieben werden, ähnlich dem Fresnel Huygenschen Prinzip und dadurch die räumliche Einstell barkeit des Messbereichs vorteilhaft gewährleisten. Zudem können durch Verwendung des signalentkoppelnden Elements ungewollte Signal-Interferenzen vermieden werden und damit die Signalqualität vorteilhaft optimiert werden. Vorteilhaft kann mithilfe der Anordnung des signalübertragenden Bereichs der signalübertragenden Struktur und der MEMS Transceivereinheit in der Form des im Wesentlichen unmittelbaren Kontakts zueinander, eine gute Signalübertragung auch ohne Verwendung der oben genannten Vergussmasse als signalübertragendes Medium gewährleistet werden.
An das Fahrzeugmodul (bzw. dessen Gehäuseteil) werden in der Regel Anforderungen gestellt, die miteinander in Widerspruch stehen:
• Einerseits muss das Gehäuse des Fahrzeugmoduls dem zu erwartenden Lastkollektiv im Stoßstangenbereich widerstehen können, was eine robuste Bauweise, und daher eine Gestaltung mit hoher Steifigkeit erforderlich macht.
• Andererseits muss durch das Gehäuse hindurch das US-Signal transmittiert werden.
Das Auskoppeln des gesendeten Signals erfolgt (wie auch das Einkoppeln des umweltseitig reflektierten Signals) durch die Auslenkung der dafür vorgesehenen Gehäusefläche. Die Auslenkung wird dabei stimuliert durch das jeweilige Ultraschallsignal. Um auch bei schwachen Ultraschallsignalen eine hinreichend gute Signalübertragung zu gewährleisten, muss das signalübertragende Gehäuseteil (der signalübertragende Bereich) nachgiebig (via signalentkoppelndes Element wie vorgeschlagen gelöst) an das übrige Gehäuse (rahmenartige Struktur des Gehäuses) angebunden sein, was (zumindest lokal) eine Gestaltung mit geringer Steifigkeit erforderlich macht. Dies kann vorteilhaft durch die vorgeschlagenen unterschiedlichen Wandstärken für die genannten Bereich erreicht werden. Durch die Wahl einer geringeren dritten Wandstärke für das signalentkoppelnde Element, im Vergleich zur größeren zweiten Wandstärke für den signalübertragenden Bereich und zur größeren ersten Wandstärke für die daran angrenzende zumindest rahmenartige Struktur des Gehäuses, kann vorteilhaft eine Beweglichkeit des signalübertragenden Gehäuseteils relativ zur rahmenartigen Struktur des Gehäuses erreicht werden, bei gleichzeitiger Bereitstellung der rahmenartigen Struktur des Gehäuses mit der erforderlichen Steifigkeit (robuste Bauweise). Zudem können die Vorteile einer MEMS basierten Transceivereinheit wie geringe Herstellkosten, geringe Bauteilgröße, geringer Energiebedarf, Langlebigkeit und gute Funktionalität genutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Verbindungseinheit zumindest ein erstes Verbindungselement auf, das zwischen dem signalübertragenden Bereich und der Transceivereinheit angeordnet ist. Das erste Verbindungselement umfasst eine Mehrzahl an Distanzelementen zur Herstellung eines im Wesentlichen unmittelbaren Kontakts des signalübertragenden Bereichs mit der Transceivereinheit. Vorteilhaft kann eine Endposition der elektronischen Baugruppe mit der Transceivereinheit bestimmt werden, wobei die Distanzelemente als Spacerballs ausgebildet sein können, und dazu beitragen können, die statische Überbestimmtheit des Fahrzeugmoduls in Bezug auf die Vielzahl zu berücksichtigender räumlichen Freiheitsgrade zu vereinfachen und zusammen mit dem zweiten Klebstoff gewährleisten, dass sämtliche gleichzeitig erzeugte Fügestellen in Kontakt mit den gewünschten Komponenten gebracht bzw. mit den gewünschten Komponenten verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das signalentkoppelnde Element als Stegelement oder als Folienelement ausgebildet. Auf diese Weise können ungewollte Signal-Interferenzen vorteilhaft vermieden werden und die erforderliche nachgiebige Anbindung des signalübertragenden Gehäuseteils an das übrige Gehäuse vorteilhaft bereitgestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die signalübertragende Struktur monolithisch aus Kunststoff und/oder als Verbund mehrerer metallischer Materialien gefertigt. Vorteilhaft können bekannte Fertigungsverfahren genutzt werden und beispielsweise bei monolithischer Fertigung aus Kunststoff (Thermoplast oder Duroplast), können die spezifischen Vorteile eines Kunststoffes wie z.B. geringes Gewicht, Korrosionsfestigkeit und relativ geringe Herstellkosten, ausgenutzt werden, um die reduzierte Wandstärke des signalentkoppelnden Elements als Stegelement z.B. via Spritzprägen spritztechnisch realisieren zu können bzw. das Folienelement in dem Verbund der einzelnen metallischen Materialien vorteilhaft als signalentkoppelndes Element einsetzen zu können.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugmoduls vorgeschlagen, das die nachfolgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen einer elektronischen Baugruppe und einer selektiv elasto- mechanisch ausgeführten Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem ersten Schritt, wobei die elektronische Baugruppe die zumindest eine Transceivereinheit und die Signalverarbeitungseinheit umfasst und die signalübertragende Struktur das Gehäuse aufweist,
Fügen der elektronischen Baugruppe in das Gehäuse der signalübertragenden Struktur in einem zweiten Schritt, sodass zwischen der zumindest einen Transceivereinheit der elektronischen Baugruppe und des signalübertragenden Bereichs zumindest eine erste Fügestelle und/oder zwischen der rahmenartigen Struktur des Gehäuses und der elektronischen Baugruppe zumindest eine zweite Fügestelle und/oder eine dritte Fügestelle gleichzeitig erzeugt werden, und Verschließen des Gehäuses der signalübertragenden Struktur in einem dritten Schritt.
Vorteilhaft kann aufgrund der besonderen Konstruktion der vorgeschlagenen signalübertragenden Struktur und des Fahrzeugmoduls, die elektronische Baugruppe in einem einzigen Fügeschritt in das Gehäuse der signalübertragenden Struktur durch gleichzeitiges Erzeugen der genannten Fügestellen eingebracht werden, und ein konventioneller Montageprozessfluss (der u.a. das Befüllen des Gehäuses mit Vergussmasse und das Aushärten der Vergussmasse vorsieht) dahingehend abgeändert eingesetzt werden. Da der signalübertragende Bereich des Gehäuses und die Transceivereinheit im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt zueinander angeordnet sind, da keine Vergussmasse als signalübertragendes Medium verwendet werden soll, führt dies zu einer weiteren Herausforderung in der Anordnung der elektronischen Komponenten: jedes
MEMS-Element (M EMS Transceivereinheit) muss stoffschlüssig (bündig) zum jeweils zugehörigen signalübertragenden Bereich des Gehäuseteils gefügt werden, was in einer geometrisch überbestimmten Situation resultiert, da jede MEMS Transceivereinheit zusätzlich stoffschlüssig (bündig) mit einer elektrischen Kontaktebene (elektronische Baugruppe z.B. als Leiterplatte bspw. an einer Unterseite der Transceivereinheit ausgebildet) verbunden sein muss. Diese Überbestimmtheit (bei gleichzeitig zu berücksichtigen Bauteil- und Fügetoleranzen) wird in der vorgeschlagenen Anordnung der Komponenten, sowie mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugmoduls vorteilhaft gelöst.
In einerweiteren Ausführungsform wird zum Erzeugen der ersten Fügestelle in einem ersten Zwischenschritt des zweiten Schritts ein erstes Verbindungselement der Verbindungseinheit auf die elektronische Baugruppe aufgebracht wird und/oder wird zum Erzeugen der zweiten Fügestelle in einem ersten Zwischenschritt des zweiten Schritts ein zweites Verbindungselement der Verbindungseinheit auf die elektronische Baugruppe aufgebracht. Das erste Verbindungselement ist als ein erster Klebstoff, insbesondere ein thermisch aushärtender Klebstoff und das zweite Verbindungselement ist als ein zweiter Klebstoff, insbesondere ein UV-aushärtender Klebstoff, ausgebildet. Mithilfe der Verwendung des ersten und zweiten Verbindungselements, die jeweils als die genannten Klebstoffe ausgebildet sein können, ist es vorteilhaft möglich die o.g. statische Überbestimmtheit des Systems, beim gleichzeitigen Erzeugen der genannten Fügestellen in einem Schritt, zu kompensieren.
In einer weiteren Ausführungsform weist das als erster Klebstoff ausgebildete erste Verbindungselement eine Mehrzahl an Distanzelementen auf, die jeweils einen Durchmesser aufweisen. Basierend auf dem Durchmesser der Distanzelemente ist eine Dicke des ersten Verbindungselements einstellbar. Vorteilhaft kann so ein näherungsweise unmittelbarer Kontakt des signalübertragenden Bereichs der signalübertragenden Struktur bzw. des entsprechenden Gehäuseteils der signalübertragenden Struktur und der Transceivereinheit hergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist zum Erzeugen der ersten Fügestelle in einem zweiten Zwischenschritt des zweiten Schritts ein im Wesentlichen unmittelbarer Kontakt des zumindest einen signalübertragenden Bereichs der signalübertragenden Struktur und der zumindest einen Transceivereinheit der elektronischen Baugruppe über die Mehrzahl der Distanzelemente des ersten Klebstoffs herstellbar. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Endposition der elektronischen Baugruppe mit der Transceivereinheit bestimmt werden, wobei die Distanzelemente als Spacerballs ausgebildet sein können, und dazu beitragen können, die statische Überbestimmtheit des Fahrzeugmoduls in Bezug auf die Vielzahl zu berücksichtigender räumlichen Freiheitsgrade zu vereinfachen und zusammen mit dem zweiten Klebstoff gewährleisten, dass sämtliche gleichzeitig erzeugte Fügestellen in Kontakt mit den gewünschten Komponenten gebracht bzw. mit den gewünschten Komponenten verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Erzeugen der ersten Fügestelle und/oder zum Erzeugen der zweiten Fügestelle in einem dritten Zwischenschritt des zweiten Schritts der erste Klebstoff und/oder der zweite Klebstoff ausgehärtet. Somit kann vorteilhaft eine ungewollte Dejustage vermieden werden und ein Kontakt der Fügestellen mit den gewünschten Komponenten gewährleistet werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Bereitstellen der selektiv elasto- mechanisch ausgeführten signalübertragenden Struktur für das Fahrzeugmodul in einem ersten Schritt, indem die signalübertragende Struktur monolithisch mittels Spritzprägen hergestellt wird oder indem die signalübertragende Struktur mittels Fügeverfahren, insbesondere Laser- oder Ultraschallschweißen, hergestellt wird.
Vorteilhaft kann die vorgeschlagene Struktur flexibel und mittels gängiger Verfahren bereitgestellt werden, die erlauben die einzelnen Komponenten der Struktur gleichzeitig in einem Fügeschritt miteinander über Fügestellen zu verbinden bzw. in Kontakt zu bringen.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein Fahrzeugmodul aufweist;
Fig. 2 a bis c schematische Darstellungen einer selektiv elasto-mechanisch ausgeführten signalübertragenden Struktur nach einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeugmodul in Fig. 1 ;
Fig. 3 a bis c schematische Darstellungen einer selektiv elasto-mechanisch ausgeführten signalübertragenden Struktur nach einer zweiten Ausführungsform für ein Fahrzeugmodul in Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugmoduls, das die signalübertragende Struktur in den Fig. 2 a bis c oder in den Fig. 3 a bis c umfasst;
Fig. 5 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Bereichs in Fig. 4;
Fig. 6 a bis d eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeugmoduls in Fig. 4; und Fig. 6 e eine schematische Darstellung des vollständigen Verfahrensablaufs in den Fig. 6 a bis d.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, das ein Fahrzeugmodul 105 aufweist. Das Fahrzeugmodul 105 kann in einem vorderen Fahrzeugbereich 110 und/oder in einem hinteren Fahrzeugbereich 115 eingesetzt werden. Konkret kann das Fahrzeugmodul 105 im vorderen Fahrzeugbereich 110 in der Stoßstange eingebettet bzw. integriert sein.
Entsprechendes gilt für die Stoßstange des hinteren Fahrzeugbereichs 115 (nicht dargestellt). Alternativ sind auch abweichende, an die Stoßstange angrenzende Karosserieteile des Fahrzeugs 100 denkbar für eine Integration des Fahrzeugmoduls 105. Das Fahrzeugmodul 105 kann als Abstandssensor bzw. als sog. Parkpilot ausgebildet sein, um dem Fahrer beim Einparken Information über den Abstand des Fahrzeugs 100 zu Hindernissen in einer Umgebung des Fahrzeugs 100 zu geben. Dazu kann das Fahrzeugmodul 105 eine der Umgebung des Fahrzeugs 100 (der Außenwelt) zugewandte Fläche (die als Gehäusefläche ausgebildet sein kann) aufweisen.
Das Funktionsprinzip des Fahrzeugmoduls 105 basiert üblicherweise auf einer Laufzeitmessung eines ausgesandten Signals 120, das im Falle eines Abstandssensors als ein Ultraschallsignal 125 bzw. ein akustisches Signal im Ultraschallbereich ausgebildet ist. Zu Beginn einer Abstandsmessung wird von zumindest einer Transceivereinheit 400 (nicht dargestellt) des Fahrzeugmoduls 105 ein Ultraschallsignal durch eine der Umgebung bzw. Außenwelt des Fahrzeugs 100 zugewandte Fläche ausgesandt. Wenn dieses Signal 120, 125 auf ein Hindernis stößt, hat dies eine Reflexion 130, 135 des Signals zur Folge. Das reflektierte Signal 130 bzw. das reflektierte Ultraschallsignal 135 kann von der Transceivereinheit 405 detektiert werden. Aus der Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen der genannten Signale 120, 125, 130, 135 kann über die bekannte Schallgeschwindigkeit der Abstand bzw. die Distanz zum Hindernis berechnet werden. Die Transceivereinheit 405 kann hierbei als mikromechanische Struktur (MEMS: micro electromechanical system) ausgebildet sein.
Das Fahrzeugmodul 105 weist neben der genannten Transceivereinheit 405 zumindest eine selektiv elasto-mechanisch ausgeführte signalübertragende Struktur 200, 300 auf, die mit der zumindest einen Transceivereinheit 405 funktional zusammenwirkt und anhand der nachfolgenden Figuren noch genauer erläutert wird. Die genannte signalübertragende Struktur 200, 300 kann dabei die oben genannte, der Umgebung bzw. der Außenwelt des Fahrzeugs 100 zugewandte Fläche, aufweisen. Die signalübertragende Struktur 200, 300 ist in Fig. 1 ebenfalls nicht gezeigt. Das Fahrzeugmodul 105 kann zudem eine Signalverarbeitungseinheit 410 zum Ansteuern und Auswerten der Signale der Transceivereinheit 405 aufweisen (nicht dargestellt). Die Signalverarbeitungseinheit kann auch funktional in die Transceivereinheit 405 eingebettet bzw. integriert sein.
Fig. 2 a bis c zeigen schematische Darstellungen einer selektiv elasto- mechanisch ausgeführten signalübertragenden Struktur 200 nach einer ersten Ausführungsform für das Fahrzeugmodul 105 in Fig. 1. Dabei zeigt Fig. 2 a eine Draufsicht auf das Fahrzeugmodul 105, Fig. 2 b zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt gemäß einer Schnittebene 5 in Fig. 2 a und Fig. 2 c zeigt eine vergrößerte Detailansicht gemäß einem Bereich 10 in Fig. 2 b. Die signalübertragende Struktur 200 umfasst ein Gehäuse 205, das zumindest eine im Wesentlichen geschlossene rahmenartige Struktur 210 mit einer ersten Wandstärke 213 aufweist. Geschlossen kann hierbei bedeuten, dass die rahmenartige Struktur 210 ohne Öffnung bzw. ohne geöffneten Bereich ausgebildet ist. Rahmenartig kann hierbei auch im Sinne einer umgebenden oder umschließenden Struktur aufgefasst werden. Im gezeigten Beispiel ist das Gehäuse 205 näherungsweise kreisförmig ausgebildet. Dies kann jedoch auch abweichend umgesetzt sein, z.B. näherungsweise quadratisch, rechteckförmig, etc. und schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein. Ferner weist die signalübertragende Struktur 200 zumindest einen signalübertragenden Bereich 215 auf, welcher in Fig. 2 c als eine Vergrößerung des Bereichs 10 in Fig. 2 b dargestellt ist. Der signalübertragende Bereich 215 weist eine zweite Wandstärke 217 auf. Der zumindest eine signalübertragende Bereich 215 ist jeweils über eine Verbindungseinheit 220 (nicht dargestellt) im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einer Transceivereinheit 405 (nicht dargestellt) angeordnet. Die Transceivereinheit 405 ist zum Aussenden eines Signals, insbesondere eines Ultraschallsignals, und zum Empfangen eines reflektierten Signals, insbesondere eines reflektierten Ultraschallsignals, ausgelegt. Insbesondere kann die Transceivereinheit 405 zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 205 der signalübertragenden Struktur 200 angeordnet sein.
Die signalübertragende Struktur 200 weist zudem zumindest ein signalentkoppelndes Element 230 auf, das beweglich ausgebildet ist und eine dritte Wandstärke 233 umfasst. Das signalentkoppelnde Element 230 kann auch als signalentkoppelnde Membran aufgefasst werden und der signalübertragende Bereich 215 als eine signalübertragende Membran. Dabei kann die dritte Wandstärke 233 des signalentkoppelnden Elements 230 kleiner als die erste Wandstärke 213 und die zweite Wandstärke 217 ausgebildet sein, also in anderen Worten kann die Steifigkeit der dritten Wandstärke 233 und damit des signalentkoppelnden Elements 230 am geringsten ausgebildet sein. Diese Eigenschaft gewährleistet vorteilhaft die Beweglichkeit des signalentkoppelnden Elements 230 und die signalentkoppelnde Funktion des Elements 230, da die angrenzende erste Wandstärke 213 der rahmenartigen Struktur 210 des Gehäuses 205 größer, d.h. steifer ausgebildet ist (zum Beispiel auch größer, d.h. steifer als die zweite Wandstärke 217, wobei die Dicke bzw. Steifigkeit der zweiten Wandstärke 217 optimiert für die Signalübertragung gewählt ist), um eine entsprechende Robustheit der rahmenartigen Struktur 210 des Gehäuses 205 gegenüber dem Lastkollektiv zu gewährleisten. Dabei kann Lastkollektiv die auf das z.B. in einer Fahrzeugstoßstange eingebaute Fahrzeugmodul 105 wirkenden Belastungen z.B. durch einen Steinschlag verursacht, etc. umfassen. Das signalentkoppelnde Element 233 ist zumindest umfangsseitig umschließend um den signalübertragenden Bereich 215 angeordnet 235 und grenzt 240 zumindest teilweise an die geschlossene rahmenartige Struktur 210 des Gehäuses 205 an. Dabei kann umfangsseitig umschließend bedeuten, dass das signalentkoppelnde Element 233 in unmittelbarer funktionaler Verbindung mit dem signalübertragenden Bereich 215 der signalübertragenden Struktur 200 steht, um eine gute Signalqualität des von der Transceivereinheit 405 ausgesandten und empfangenen Signals zu gewährleisten und bei Vorhandensein einer Mehrzahl an Transceivereinheiten 405 sowie einer damit korrespondierenden Mehrzahl an signalübertragenden Bereichen 215 sowie einer Mehrzahl an signalentkoppelnden Elementen 233 ein Übersprechen/eine Überlagerung/eine Interferenz der einzelnen von den verschiedenen Transceivereinheiten 405 ausgesandten und empfangenen Signale zu verhindern. In Fig. 2 a sind zum Beispiel schematisch vier signalübertragende Bereiche 215 dargestellt, die jeweils von einem signalentkoppelnden Element 230 umschlossen sind. Dies ist jedoch nur als exemplarisches Beispiel zu verstehen und kann auch abweichend mit einer geringeren oder größeren Anzahl der genannten Komponenten umgesetzt werden. Das signalentkoppelnde Element 233 kann also vorteilhaft zur verbesserten Signalentkopplung bzw. Signaltrennung und damit zur Optimierung der Signalqualität beitragen.
Für den eigentlichen Messbetrieb kann die MEMS Transceivereinheit 405 als kombinierte Aktor-/Sensoreinheit (kombiniertes Sende- und Empfangsgerät) betrieben werden. Hierbei wird die Transceivereinheit 405 zunächst als Aktor betrieben, um ein Signal, d.h. ein Ultraschallsignal zu erzeugen und auszusenden. Der über die Verbindungseinheit 220 mit der Transceivereinheit 405 im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt angeordnete signalübertragende Bereich 215 der signalübertragenden Struktur 200 wird ebenfalls in Bewegung bzw. in Vibration versetzt, um das Signal, d.h. das Ultraschallsignal, an die Umgebung des Fahrzeugmoduls 105 auszusenden und mögliche Hindernisse zu erkennen, die das Signal, d.h. das Ultraschallsignal reflektieren. Nachdem das Signal über den signalübertragenden Bereich 215 an die Umgebung des Fahrzeugmoduls 105 ausgesandt worden ist, kann die Transceivereinheit 405 z.B. kurzzeitig deaktiviert werden, damit der signalübertragende Bereich 215 bzw. die signalübertragende Membran in Ruhe ist. Das von einem Hindernis reflektierte Signal, d.h. das reflektierte Ultraschallsignal trifft auf den signalübertragenden Bereich 215 und versetzt diesen in Bewegung/Schwingung/Vibration, um das genannte Signal über die nun als Sensor betriebenen M EMS Transceivereinheit 405 zu empfangen und aus der Laufzeit des ausgesandten und empfangenen Ultraschallsignals sowie der Schallgeschwindigkeit, kann ein Abstand zu einem Hindernis ermittelt werden.
Das z.B. in Fig. 2 c dargestellte signalentkoppelnde Element 230 ist als Stegelement 255 ausgebildet. Stegelement 255 kann hierbei bedeuten, dass ein Material des signalentkoppelnden Elements 230, ein Material der an das signalentkoppelnde Element 230 angrenzenden 240 rahmenartigen Struktur 210 sowie ein Material des signalübertragenden Bereichs 215 jeweils gleichartig bzw. gleich ausgebildet bzw. monolithisch gefertigt sind. Insbesondere kann die signalübertragende Struktur 200 samt der genannten Komponenten monolithisch gefertigt sein. Vorzugsweise ist die signalübertragende Struktur 200 samt der oben genannten Komponenten monolithisch aus Kunststoff z.B. einem Thermoplast gefertigt, um die spezifischen Vorteile eines Kunststoffes wie z.B. geringes Gewicht, Korrosionsfestigkeit und rel. geringe Herstellkosten zu nutzen. Das übliche Verfahren ist dabei das Spritzgießen, im vorliegenden Fall vorteilhaft in der Variante des Spritzprägens, um die reduzierte dritte Wandstärke 233 des Stegelements 255 (Verbindungsstegs) als signalentkoppelnde Membran spritztechnisch realisieren zu können.
Die in den Fig. 2 a bis c nicht dargestellte Verbindungseinheit 220 sowie deren Komponenten wird anhand der nachfolgenden Fig. 5 noch genauer erläutert.
Die Fig. 3 a bis c zeigen schematische Darstellungen einer selektiv elasto- mechanisch ausgeführten signalübertragenden Struktur nach einer zweiten Ausführungsform 300 für das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugmodul 105. Dabei zeigt Fig. 3 a eine Draufsicht auf die signalübertragende Struktur 300, Fig. 2 b zeigt eine isometrische Ansicht bzw. eine perspektivische Ansicht gemäß einer Schnittebene 5 in Fig. 3 a sowie Fig. 3 c zeigt eine geneigte Seitenansicht im Querschnitt gemäß der Schnittebene 5 in Fig. 3 a. Die signalübertragende Struktur 300 kann ähnlich wie in Fig. 2 a bis c ausgebildet sein und ein Gehäuse 305 aufweisen, in dem eine MEMS Transceivereinheit 405 (nicht dargestellt) funktional angeordnet ist, um einen Abstandssensor als Fahrzeugmodul 105 zu bilden. Für die einzelnen Komponenten der signalübertragenden Struktur 300 wird daher zur Vermeidung von Redundanz auf die vorangehenden Fig. 2 a bis c verwiesen. Im Unterschied zu den Fig. 2 a bis c, kann die signalübertragende Struktur 300 beispielsweise ein Folienelement 360 als signalentkoppelndes Element 330 aufweisen. Das Folienelement 360 kann z.B. in Form einer dünnen Folie oder einer dünnen Folienschicht (jeweils mit geringer Steifigkeit und damit guter Beweglichkeit) ausgebildet sein und wie in Fig. 3 b dargestellt ist, die rahmenartige Struktur 310 des Gehäuses 305 sowie den signalübertragenden Bereich 315 vollständig geschlossen bedecken.
Die Fig. 3 a bis c können ein Beispiel für eine Fertigung der signalübertragenden Struktur 300 als Verbund mehrerer metallischer Materialen (metallischer Einzelteile) angesehen werden, wobei der Verbund der mehreren metallischen Materialien z.B. durch ein Fügeverfahren wie Ultraschall- oder Laserschweißen hergestellt worden sein können. Dabei ist die Form des Gehäuses 305 beispielhaft dargestellt, wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. 2 a bis c erläutert worden ist und schränkt die Erfindung nicht auf einen näherungsweise kreisförmigen oder wie in Fig. 3 a bis c gezeigt, einen näherungsweise rechteckigen Rahmen 310 bzw. ein näherungsweise rechteckförmiges Gehäuse 305 ein. Auch die in den Fig. 2 a bis c sowie Fig. 3 a bis c zusätzlich auf dem signalübertragenden Bereich 215, 315 dargestellten Elemente schränken die Erfindung nicht ein und können in einer alternativen Ausgestaltung auch weggelassen werden.
Ebenfalls denkbare, aber nicht explizit dargestellte Varianten der signalübertragenden Struktur 300, sind eine monolithische Lösung aus Metall, hergestellt durch ein urformendes Verfahren wie Gießen, sowie eine Verbundlösung aus Kunststoffteilen, gefügt durch bspw. Laser- oder Ultraschallschweißen.
Mithilfe der vorgeschlagenen signalübertragenden Strukturen 200, 300 und des Fahrzeugmoduls 105, das die Transceivereinheit 405 umfasst, ist es möglich den Messbereich räumlich einzustellen. Die Einsteilbarkeit kann erreicht werden basierend auf einer Verwendung einer Mehrzahl an Transceivereinheiten 405, einer Mehrzahl dazu korrespondierender signalübertragender Bereiche 215, 315 der signalübertragenden Struktur 200, 300, sowie einer Mehrzahl dazu korrespondierender signalentkoppelnder Elemente 230, 330 der signalübertragenden Struktur 200, 300. Die Mehrzahl signalübertragender Bereiche 215, 315 und die Mehrzahl signalentkoppelnder Elemente 230, 330 können jeweils eine selektiv elast-mechanisch ausgeführte signalübertragende Struktur 200, 300 bilden und innerhalb des Gehäuses 205, 305 der signalübertragenden Struktur 200, 300 angeordnet sein. Werden die genannten Komponenten alle phasenverzogen, also mit zeitlichem Versatz betrieben (z.B. kann die Phasenverzögerung durch geeignete Programmierung eingestellt werden), so kann die signalübertragende Struktur 200, 300 bzw. das Fahrzeugmodul 105 als sog. „phased array“ betrieben werden und dadurch die räumliche Einstei Ibarkeit des Messbereichs gewährleisten.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Fahrzeugmoduls 105, das die signalübertragende Struktur 200, 300 in den Fig. 2 a bis c oder in den Fig. 3 a bis c umfasst und die zumindest eine Transceivereinheit 405 aufweist. Das Fahrzeugmodul 105 kann einen Abstandssensor bilden, der wie in Fig. 1 dargestellt, im Fahrzeug 100 eingebettet sein kann. In der Darstellung in Fig. 4 weist das Fahrzeugmodul 105 zwei signalübertragende Bereiche 215, 315 sowie dazu im Wesentlichen über die Verbindungseinheit 220, 320 in unmittelbarem Kontakt angeordnete zwei Transceivereinheiten 405 auf. Dies ist jedoch nur beispielhaft und kann in einer alternativen Ausgestaltung auch mit abweichender Anzahl der genannten Komponenten umgesetzt sein.
Die Verbindungseinheit weist zumindest ein erstes Verbindungselement 245, 345 auf, das jeweils zwischen dem signalübertragenden Bereich 215, 315 und der Transceivereinheit 405 angeordnet ist. Das erste Verbindungselement 245, 345 umfasst eine Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350 zur Herstellung des im Wesentlichen unmittelbaren Kontakts des signalübertragenden Bereichs 215, 315 mit der Transceivereinheit 405. Das Fahrzeugmodul 105 in Fig. 4 weist eine erste Fügestelle 20 sowie eine zweite Fügestelle 25. Die zweite Fügestelle 25 kann sich um eine umlaufende, im Wesentlichen ringförmige, Kontur, insbesondere eine Klebstoffkontur, handeln. Die genannten Fügestellen 20, 25werden im Verfahren zur Herstellung 500 des Fahrzeugmoduls 105 simultan erzeugt, wobei das Verfahren zur Herstellung 500 des Fahrzeugmoduls 105 anhand der nachfolgenden Figuren noch klarer wird. Fig. 5 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung eines weiteren Bereichs 15 in Fig. 4. Der vergrößerte weitere Bereich 15 zeigt beispielsweise das erste Verbindungselement 245, 345 bzw. die erste Fügestelle 20 mit der Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350 detaillierter. Die Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350, die das erste Verbindungselement 245, 345 aufweist, umfassen jeweils einen Durchmesser 265, 365, wobei basierend auf dem Durchmesser 265, 365 eine Dicke des ersten Verbindungselements 245, 345 einstellbar ist und damit der im Wesentlichen unmittelbare Kontakt zwischen der Transceivereinheit 405 und dem signalübertragenden Bereich 215, 315 der signalübertragenden Struktur 200, 300 herstellbar ist. Das erste Verbindungselement 245, 345 kann beispielsweise als ein erster Klebstoff, vorzugsweise ein thermisch aushärtender Klebstoff, ausgebildet sein und die genannte Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350 umfassen. Es ist denkbar, dass die Zusammensetzung des Materials der Distanzelemente 250, 350 sowie des thermisch aushärtenden Klebstoffs als erstes Verbindungselements 245, 345 gleich oder ähnlich ausgebildet sind, z.B. jeweils PMMA, PMMA: Polymethylmethacrylat, um möglichst wenig Signalverlust für das Fahrzeugmodul 105 zu generieren.
Fig. 6 a bis d zeigen eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung 500 des Fahrzeugmoduls 105 in Fig. 4. In einem ersten Schritt 505 des Verfahrens zur Herstellung 500 des Fahrzeugmoduls 105 wird eine elektronische Baugruppe 400 bereitgestellt, die die zumindest eine Transceivereinheit 405 und eine Signalverarbeitungseinheit 410 (nicht dargestellt) sowie nicht dargestellte operative Verbindungen der Komponenten für deren Funktion mit umfasst. Das Bereitstellen der elektronischen Baugruppe 400 kann hierbei z.B. durch konventionelle CoB Montage (CoB: Chip on Board) der MEMS Transceivereinheit 400 bzw. der Signalverarbeitungseinheit 410 auf einem bestückten Umverdrahtungssubstrat, das als Leiterplatte ausgeführt ist, erfolgen. Die Signalverarbeitungseinheit 410 kann als separate Komponente zur Transceivereinheit 405 ausgebildet sein. Alternativ ist auch eine funktionale Integration denkbar. Ferner wird in dem ersten Schritt 505 (nicht dargestellt), die in den vorangehenden Figuren erläuterte signalübertragende Struktur 200, 300 bereitgestellt, die das Gehäuse 205, 305 umfasst. Das Bereitstellen der signalübertragenden Struktur 200, 300 für das Fahrzeugmodul 105 in dem ersten Schritt kann dabei wie oben genannt erfolgen, nämlich indem die signalübertragende Struktur 200 monolithisch mittels Spritzprägen aus Kunststoff, z.B. einem Thermoplast, hergestellt wird (analog zur Beschreibung der Fig. 2 a bis c). Alternativ kann das Bereitstellen der signalübertragenden Struktur 200, 300 für das Fahrzeugmodul 105 in dem ersten Schritt erfolgen, indem die signalübertragende Struktur 300 mittels Fügeverfahren, insbesondere Laser- oder Ultraschallschweißen, aus einem metallischen Verbund hergestellt wird (vgl. Beschreibung der Fig. 3 a bis c).
Fig. 6 b zeigt einen zweiten Schritt 510 des Verfahrens 500 und zwar das Fügen der elektronischen Baugruppe 400 in das Gehäuse 205, 305 der signalübertragenden Struktur 200, 300, sodass zwischen der zumindest einen Transceivereinheit 405 der elektronischen Baugruppe 400 und des signalübertragenden Bereichs 215, 315 zumindest die erste Fügestelle 20 und/oder zwischen der rahmenartigen Struktur 210, 310 des Gehäuses 205, 305 und der elektronischen Baugruppe 400 zumindest die zweite Fügestelle 25 und/oder die dritte Fügestelle 30 gleichzeitig erzeugt werden. Dieser Schritt ist erfindungswesentlich und im Detail mit den einzelnen Fügestellen 20, 25in Fig. 4 sowie im vollständigen Verfahrensablauf in Fig. 6 e dargestellt.
Zum Erzeugen der ersten Fügestelle 20 wird in einem ersten Zwischenschritt 511 des zweiten Schritts 510 gemäß Fig. 6 e das erste Verbindungselement 250, 350 der Verbindungseinheit 220, 320, also der erste flüssige Klebstoff, der vorzugsweise thermisch aushärtet, auf die elektronische Baugruppe 400 aufgebracht (dispensen) und/oder zum Erzeugen der zweiten Fügestelle 25 wird zudem im ersten Zwischenschritt 511 ein zweites Verbindungselement 270, 370 der Verbindungseinheit 220, 320 auf die elektronische Baugruppe 400 aufgebracht (dispensen). Das zweite Verbindungselement 270, 370 kann als ein zweiter Klebstoff, insbesondere ein UV-aushärtender thixotrop (dickflüssiger) Klebstoff, ausgebildet sein, der als eine hinreichend dicke Schicht aufgetragen wird. Mithilfe des zweiten Klebstoffs 270, 370 kann die rahmenartige Struktur 210, 310 des Gehäuses 205, 305 der signalübertragenden Struktur 200, 300 hinreichend fest mit der elektronischen Baugruppe 400, umfassend die Transceivereinheit 405, verbunden werden. Gleichzeitig dient der zweite Klebstoff 270, 370 als toleranzausgleichendes Element, um die sonst bei diesem Fügeschritt auftretende statische Überbestimmtheit zu kompensieren.
Die statische Überbestimmtheit ergibt sich hierbei aus der Anzahl der zu fügenden Körper (hier z.B. größer gleich drei, also die zumindest eine Transceivereinheit 400 (bzw. mehr als eine Transceivereinheit 400), die elektronische Baugruppe 400 sowie die signalübertragende Struktur 200, 300 mit dem Gehäuse 205, 305 und dem zumindest einen signalübertragenden Bereich 215, 315 (oder mehr signalübertragende Bereiche)), der Anzahl gleichartiger Fügestellen (hier z.B. zwei, da die zweite Fügestelle 25 als strukturelle Fügestelle und die erste Fügestelle 20 als signalübertragende Fügestelle ausgebildet sind) und der Anzahl an Fügeschritten (hier z.B. einer, da wie genannt, alle Fügestellen 20, 25gleichzeitig erzeugt werden). Im vorliegenden Beispiel wären für den einzelnen Fügeschritt (je nach Anzahl eingesetzter MEMS Transceivereinheiten 400 bzw. dazu korrespondierender Anzahl signalübertragender Bereiche 215, 315) also sechs Freiheitsgrade zu berücksichtigen.
Grundsätzlich erhält man für jeden Fügeschritt, den man durchführt, 6 Freiheitsgrade, wobei sich die Anzahl der zu erfüllenden Fügebedingungen im Allgemeinen ergibt aus:
Anzahl der zu erfüllenden Fügebedingungen = (Anzahl der Fügeteile - 1) x 6. Überbestimmt wird die Situation dann, wenn man mehr zu erfüllende Fügebedingungen als Freiheitsgrade hat. Als Analogie dazu kann z.B. die Lösbarkeit linearer Gleichungssysteme betrachtet werden, die dann gegeben ist, wenn die Anzahl der Variablen gleich (oder kleiner) der Anzahl an Gleichungen ist.
Die genannte Komplexität wird vereinfacht, indem wie genannt, zunächst der erste thermisch aushärtende Klebstoff 220, 320 zwischen der Transceivereinheit 405 und des signalübertragenden Bereichs 215, 315 aufgebracht wird, um in einem zweiten Zwischenschritt 513 den im Wesentlichen unmittelbaren Kontakt des signalübertragenden Bereichs 215, 315 der signalübertragenden Struktur 200, 300 und der Transceivereinheit 405 über die Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350 (sog. „Spacerballs“) des ersten Verbindungselements 250, 350, also des ersten Klebstoffs herzustellen. Denn basierend auf dem Durchmesser 265, 365 eines Distanzelements der Mehrzahl an Distanzelementen 250, 350 ist die Dicke des ersten Verbindungselements 250, 350 und damit ein Abstand bzw. Kontakt der Transceivereinheit 405 und des signalübertragenden Bereichs 215, 315 genau einstellbar.
Dann wird der optimale Kontakt zwischen der rahmenartigen Struktur 210, 310 des Gehäuses 205, 305 der signalübertragenden Struktur 200, 300 und der elektronischen Baugruppe 400 über das zweite Verbindungselement 270, 370, also den zweiten UV aushärtenden Klebstoff, eingestellt. Überschüssiger Klebstoff des zweiten Verbindungselements 270, 370 kann dabei jeweils zu den Seiten der zweiten Fügestelle 25 verquetscht werden.
In einem dritten Zwischenschritt 514 des zweiten Schritts 510 wird der erste Klebstoff 250, 350 und/oder der zweite Klebstoff 270, 370 ausgehärtet. Konkret wird im vorliegenden Beispiel zunächst der zweite UV-aushärtende Klebstoff 270, 370 durch Exposition mit UV-Licht ausgehärtet, sodass alle Komponenten zueinander fixiert werden und keine ungewollte Dejustage mehr möglich ist. Dann wird der erste Klebstoff 250, 350 thermisch durch einen Ofenprozess ausgehärtet.
In einem dritten Schritt 515 des Verfahrens 500 wird das Gehäuses 205, 305 der signalübertragenden Struktur 200, 300 mittels konventioneller Technik verschlossen. Der dritte Schritt 515 samt erstem Teilschritt 520 und zweitem Teilschritt 525 ist in den Fig. 6 c bis e dargestellt. Der erste Teilschritt 520 des dritten Schritts 515 umfasst dabei ein konventionelles Fügen der erzeugten Komponenten in ein Gesamtgehäuse 420 des Fahrzeugmoduls 105 und der zweite Teilschritt 525 des dritten Schritts 515 umfasst das Bereitstellen einer elektrischen Kontaktierung mithilfe einer Kontaktierungseinheit 415. Das Bereitstellen der elektrischen Kontaktierung kann hierbei durch konventionelles rückseitiges Kontaktieren der elektronischen Baugruppe 400, zur Verbindung mit den übrigen elektr. Komponenten erfolgen. Dabei kann die Kontaktierungseinheit zum Beispiel ein Array von gefederten Kontaktstiften bilden.
Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
5 Schnittebene
10 Bereich
15 weiterer Bereich
20 erste Fügestelle
25 zweite Fügestelle
100 Fahrzeug
105 Fahrzeugmodul
110 vorderer Fahrzeugbereich
115 hinterer Fahrzeugbereich
120 ausgesandtes Signal
125 ausgesandtes Ultraschallsignal
130 reflektiertes Signal
135 reflektiertes Ultraschallsignal
200 signalübertragende Struktur nach einer ersten Ausführungsform
205 Gehäuse
210 geschlossene rahmenartige Struktur
213 erste Wandstärke
215 signalübertragender Bereich
217 zweite Wandstärke
220 Verbindungseinheit
225 im Wesentlichen unmittelbarer Kontakt
230 signalentkoppelndes Element
233 dritte Wandstärke
235 Anordnung des signalentkoppelnden Elements
240 Angrenzen des signalentkoppelnden Elements
245 erstes Verbindungselement
247 Dicke des ersten Verbindungselements
250 Mehrzahl an Distanzelementen
255 Stegelement
265 Durchmesser eines Distanzelements
270 zweites Verbindungselement signalübertragende Struktur nach einer zweiten Ausführungsform Gehäuse geschlossene rahmenartige Struktur erste Wandstärke signalübertragender Bereich zweite Wandstärke Verbindungseinheit im Wesentlichen unmittelbarer Kontakt signalentkoppelndes Element dritte Wandstärke Anordnung des signalentkoppelnden Elements Angrenzen des signalentkoppelnden Elements erstes Verbindungselement Dicke des ersten Verbindungselements Mehrzahl an Distanzelementen Folienelement Durchmesser eines Distanzelements zweites Verbindungselement elektronische Baugruppe Transceivereinheit Signalverarbeitungseinheit Kontaktierungseinheit Gesamtgehäuse Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugmoduls erster Schritt zweiter Schritt erster Zwischenschritt des zweiten Schritts zweiter Zwischenschritt des zweiten Schritts dritter Zwischenschritt des zweiten Schritts dritter Schritt erster Zwischenschritt des dritten Schritts zweiter Zwischenschritt des dritten Schritts

Claims

Ansprüche
1 . Signalübertragende Struktur (200, 300), die insbesondere selektiv elasto- mechanisch ausgeführt ist, für ein Fahrzeugmodul (105), umfassend: ein Gehäuse (205, 305), das zumindest eine im Wesentlichen geschlossene rahmenartige Struktur (210, 310) mit einer ersten Wandstärke (213, 313) aufweist, zumindest einen signalübertragenden Bereich (215, 315) mit einer zweiten Wandstärke (217, 317), wobei der signalübertragende Bereich (215, 315) jeweils über eine Verbindungseinheit (220, 320) im Wesentlichen in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einer Transceivereinheit (405) angeordnet ist und die Transceivereinheit (405) zum Aussenden eines Signals (120), insbesondere eines Ultraschallsignals (125), und zum Empfangen eines reflektierten Signals (130), insbesondere eines reflektierten Ultraschallsignals (135), ausgelegt ist, und zumindest ein signalentkoppelndes Element (230, 330), das beweglich ausgebildet ist und eine dritte Wandstärke (233, 333) aufweist, wobei das signalentkoppelnde Element (230, 330) zumindest umfangsseitig umschließend um den signalübertragenden Bereich (215, 315) angeordnet (235) ist und zumindest teilweise an die rahmenartige Struktur (210, 310) des Gehäuses (205, 305) angrenzt (240), wobei die dritte Wandstärke (233, 333) des signalentkoppelnden Elements (230, 330) kleiner als die erste (213, 313) und/oder die zweite Wandstärke (217, 317) ausgebildet ist.
2. Signalübertragende Struktur nach Anspruch 1 , wobei die Verbindungseinheit (220, 320) zumindest ein erstes Verbindungselement (245, 345) aufweist, das zwischen dem signalübertragenden Bereich (215, 315) und der Transceivereinheit (405) angeordnet ist, und wobei das erste Verbindungselement (245, 345) eine Mehrzahl an Distanzelementen (250, 350) zur Herstellung eines im Wesentlichen unmittelbaren Kontakts des signalübertragenden Bereichs (215, 315) mit der Transceivereinheit (405) umfasst. Signalübertragende Struktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das signalentkoppelnde Element (230, 330) als Stegelement (255) oder als Folienelement (360) ausgebildet ist. Signalübertragende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die signalübertragende Struktur (200) monolithisch aus Kunststoff und/oder wobei die signalübertragende Struktur (300) als Verbund mehrerer metallischer Materialien gefertigt ist. Fahrzeugmodul (105) zur Verwendung in einem vorderen (110) und/oder hinteren Fahrzeugbereich (115), wobei das Fahrzeugmodul (105) insbesondere als Abstandssensor ausgebildet ist, umfassend: zumindest eine signalübertragende Struktur (200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zumindest eine Transceivereinheit (405), die im Wesentlichen jeweils in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einem signalübertragenden Bereich (215, 315) der signalübertragenden Struktur (200, 300) angeordnet ist und ausgelegt ist, ein Signal (120), insbesondere ein Ultraschallsignal (125) auszusenden, und ein reflektiertes Signal (130), insbesondere ein reflektiertes Ultraschallsignal (135), zu empfangen, und eine Signalverarbeitungseinheit (410) zum Ansteuern der Transceivereinheit (405) und/oder Auswerten der Signale der Transceivereinheit (405). Verfahren zur Herstellung (500) eines Fahrzeugmoduls (105) nach Anspruch 5, umfassend die nachfolgenden Schritte:
Bereitstellen einer elektronischen Baugruppe (400) und einer signalübertragenden Struktur (200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem ersten Schritt (505), wobei die elektronische Baugruppe (400) die zumindest eine Transceivereinheit (405) und die Signalverarbeitungseinheit (410) umfasst und die signalübertragende Struktur (200, 300) das Gehäuse (205, 305) aufweist, Fügen der elektronischen Baugruppe (400) in das Gehäuse (205, 305) der signalübertragenden Struktur (200, 300) in einem zweiten Schritt (510), sodass zwischen der zumindest einen Transceivereinheit (405) der elektronischen Baugruppe (400) und des signalübertragenden Bereichs (215, 315) zumindest eine erste Fügestelle (20) und/oder zwischen der rahmenartigen Struktur (210, 310) des Gehäuses (205, 305) und der elektronischen Baugruppe (400) zumindest eine zweite Fügestelle (25) gleichzeitig erzeugt werden, und
Verschließen des Gehäuses der signalübertragenden Struktur in einem dritten Schritt (515). Verfahren nach Anspruch 6, wobei zum Erzeugen der ersten Fügestelle (20) in einem ersten Zwischenschritt (511) des zweiten Schritts (510) ein erstes Verbindungselement (245, 345) der Verbindungseinheit (220, 320) auf die elektronische Baugruppe (400) aufgebracht wird und/oder wobei zum Erzeugen der zweiten Fügestelle (25) in einem ersten Zwischenschritt (511) des zweiten Schritts (510) ein zweites Verbindungselement (270, 370) der Verbindungseinheit (220, 320) auf die elektronische Baugruppe (400) aufgebracht wird, und wobei das erste Verbindungselement (245, 345) als ein erster Klebstoff, insbesondere ein thermisch aushärtender Klebstoff und das zweite Verbindungselement (270, 370) als ein zweiter Klebstoff, insbesondere ein UV-aushärtender Klebstoff, ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das als erster Klebstoff ausgebildete erste Verbindungselement (245, 345) eine Mehrzahl an Distanzelementen (250, 350) aufweist, die jeweils einen Durchmesser (265, 365) aufweisen, wobei basierend auf dem Durchmesser (265, 365) der Distanzelemente (250, 350) eine Dicke (247, 347) des ersten Verbindungselements (245, 345) einstellbar ist. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zum Erzeugen der ersten Fügestelle (20) in einem zweiten Zwischenschritt (513) des zweiten Schritts (510) ein im Wesentlichen unmittelbarer Kontakt des zumindest einen signalübertragenden Bereichs (215, 315) der signalübertragenden Struktur (200, 300) und der zumindest einen Transceivereinheit (405) der elektronischen Baugruppe (400) über die Mehrzahl der Distanzelemente (250, 350) des ersten Klebstoffs herstellbar ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei zum Erzeugen der ersten Fügestelle (20) und/oder zum Erzeugen der zweiten Fügestelle (25) in einem dritten Zwischenschritt (514) des zweiten Schritts (510) der erste Klebstoff als erstes Verbindungselement (245, 345) und/oder der zweite Klebstoff als zweites Verbindungselement (270, 370) ausgehärtet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Bereitstellen der signalübertragenden Struktur (200) für das Fahrzeugmodul (105) in einem ersten Schritt (505) erfolgt, indem die signalübertragende Struktur (200) monolithisch mittels Spritzprägen hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Bereitstellen der signalübertragenden Struktur (300) für das Fahrzeugmodul (105) in einem ersten Schritt (505) erfolgt, indem die signalübertragende Struktur (300) mittels Fügeverfahren, insbesondere Laser- oder Ultraschallschweißen, hergestellt wird.
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