在散热器格栅中包括超声传感器的超声传感器设备、机动车辆以及相应方法 |
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| 申请号 | CN201380049583.0 | 申请日 | 2013-07-23 | 公开(公告)号 | CN104662439B | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
| 申请人 | 法雷奥开关和传感器有限责任公司; | 发明人 | H-W.韦林; J.韦兰; N.韦伯; S.马克斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于 机动车辆 (1)的超声 传感器 设备(2)，包括镶衬部分(3)，特别是 保险杠 、 散热 器格栅(4)、以及至少一个第一和至少一个第二超声传感器(5、6)，其分别包括用于发射和/或捕获超声 信号 的膜件(11)。具有膜件(11)的第一超声传感器(5)布置在镶衬部分(3)的后侧上，使得第一超声传感器(5)的膜件(11)形成为用于发射和/或捕获穿过镶衬部分(3)的超声信号，且第二超声传感器(6)布置在 散热器 格栅 (4)上。第二超声传感器(6)通过解调器件(7、9)解调，且发射和/或捕获行为被调适到第一超声传感器(5)的发射和/或捕获行为。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于机动车辆(1)的超声传感器设备(2)，所述机动车辆包括防护元件(3)，特别是保险杠，并包括散热器格栅(4)以及至少一个第一超声传感器和至少一个第二超声传感器(5、6)，所述第一超声传感器和第二超声传感器每个包括用于发射和/或接收超声信号的膜件(11)，其中，第一超声传感器(5)布置为其膜件(11)在防护元件(3)的后侧上，使得第一超声传感器(5)的膜件(11)配置用于发射和/或接收穿过防护元件(3)的超声信号，且第二超声传感器(6)布置在散热器格栅(4)上， |
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| 说明书全文 | 在散热器格栅中包括超声传感器的超声传感器设备、机动车辆以及相应方法 技术领域[0001] 本发明涉及用于机动车辆的超声传感器设备，所述机动车辆包括防护元件，特别是保险杠，包括散热器格栅——特别是具有至少一个薄板的，以及包括至少一个第一和一个第二超声传感器，其每个包括用于发射和/或接收超声信号的膜件，其中，第一超声传感器布置为其膜件在防护元件的后侧上，特别是与其接触，使得第一超声传感器的膜件发射和/或接收穿过防护元件的超声信号，且第二超声传感器布置在散热器格栅上，特别是在散热器格栅的至少一个薄板上。本发明还涉及具有这样的超声传感器设备的机动车辆，以及用于操作机动车辆的至少两个超声传感器的方法。 背景技术[0002] 将机动车辆配备有多个超声传感器已经是现有技术。公知的是超声传感器被安装在车辆的前部部分中以及后部部分中，即特别是在相应的保险杠上。它们被归于驾驶员辅助装置，且提供关于车辆环境的信息。驾驶员辅助装置可例如是停车辅助系统、用于监视死角的系统、用于保持距离的系统、车道监视系统、制动辅助系统、等。 [0004] 已知的是，这样的超声传感器以不被覆盖的方式构建在保险杠中。这意味着，它们布置在保险杠中的敞开的凹部中，且可在外侧看见。在超声传感器以此方式布置的情况中，通过超声传感器的铝罐(膜件)的内部几何结构，水平地和垂直地产生方向性发射特征。因为在以可见方式安装的传感器的情况中不存在干扰声音传播的障碍物，因此传感设备的功能，例如当停放车辆时识别阻碍物，不被影响。 [0005] 尽管有大的公差，超声传感器在保险杠中的敞开凹部中的布置对于不被覆盖的传感设备来说是足够的。例如超声传感器借助于保持件被紧固，所述保持件被压抵保险杠且被胶粘至其。 [0006] 而且，从现有技术还已知超声传感器被安装为是隐蔽的。由此，在从外侧观察保险杠时这些传感器不可见，且被保险杠覆盖。这里超声传感器的膜件与保险杠的后侧接触，其中超声信号穿过保险杠而被发射或接收。这意味着，传感设备必须机械地牢固固定在保险杠后方，不可能令保险杠配备有用于该目的的凹部。两个表面——即一方面，超声传感器的表面，另一方面，保险杠的表面——现在必须零间隙地适配在一起，而且可甚至或者被弯折或弯曲。在这一点上，超声传感器应能够穿过保险杠无损失地发射。在传感器安装为隐藏在保险杠后方的情况中，相应地，对于定位、胶粘和需要保持的公差给出了本质上更高很多的要求。为了将涉及发射和接收的损失保持为较低，超声传感器的发射表面需要在机械方面牢固地紧固到保险杠，或在(一方面)膜件的前表面或发射表面与(另一方面)保险杠之间形成有无损联接元件。 [0007] 超声传感器的隐蔽布置例如从文件DE 42 38 924 A1已知。 [0008] 现在兴趣聚焦于第一超声传感器和第二超声传感器的组合，所述第一超声传感器以隐蔽或隐藏的方式布置在防护元件(特别是保险杠)后方，所述第二超声传感器附接在机动车辆的散热器格栅上，在散热器格栅的至少一个薄板上。在一些系统中证实了需要这样的来自至少两个不同地安装的超声传感器的组合，这是因为第一超声传感器在保险杠后方的隐蔽布置。在这一点上，目标在于，使用相同的超声传感器以最小化所要求的传感器的种类数。这意味着，安装在散热器格栅中的超声传感器在其设计方面——以及由此在非安装状态下的其谐振频率方面——与保险杠后方的超声传感器相等。然而，这样的两个超声传感器的相同设计导致，由于整体上不同的布置，两个超声传感器还具有不同的辐射特征，而且在两侧上信号的频率不同。这再次导致，借助于两个超声传感器的交叉测量是不可能的，因为一个超声传感器不能接收另一个传感器的信号。而且，由此，导致信号的评估更复杂。所有这些是由于这一事实，安装在保险杠后方的超声传感器的发射行为(behaviour)被保险杠材料明确地影响，而另一超声传感器具有“自由的视野”。 发明内容[0009] 本发明的任务是提供一种解决方案：如何能在之前提及类型的超声传感器设备中采用两个相同的超声传感器且仍允许交叉测量，其中一个传感器可接收另一传感器的超声信号。 [0011] 根据本发明，用于机动车辆的超声传感器设备，机动车辆包括防护元件，特别是保险杠，以及包括散热器格栅——特别是具有至少一个薄板的，以及包括至少一个第一和一个第二超声传感器，其每个包括配置用于发射和/或接收超声信号的膜件。第一超声传感器布置为其膜件在防护元件的后侧上，特别是与后侧接触。由此，第一超声传感器的膜件发射和/或接收穿过防护元件的超声信号。对比地，第二超声传感器布置在散热器格栅上，即特别是在散热器格栅的至少一个薄板上。根据本发明，解调器件被提供，其配置用于解调第二超声传感器，且由此用于将第二超声传感器的发射和/或接收行为被调适到第一超声传感器的发射和/或接收行为。 [0012] 本发明基于若干个见解：首先，其基于这一见解，即，在一些系统中在超声传感器位于保险杠或另一防护元件后方的隐蔽布置的情况中，还要求在散热器格栅内定位至少一个超声传感器。此外，本发明基于这一见解：在相同的超声传感器的情况中，缺陷包括防护元件影响第一超声传感器的发射频率以及辐射特征，使得不仅该传感器的膜件，而且防护元件的区域也谐振，且实际发射频率由此不同于非安装状态中超声传感器的实际谐振频率，而第二超声传感器具有“自由的视野”，且由此其发射频率基本对应于膜件的谐振频率。本发明进一步基于这一见解：由于现有技术中所称的缺陷，不可能通过两个超声传感器施行交叉测量(间接测量)，因为一个超声传感器不能接收另一超声传感器的信号。现在本发明的方法是，对布置在散热器格栅中的超声传感器关于其发射频率进行解调或影响，以使得，其发射和/或接收特征或其行为对应于布置在防护元件后方的超声传感器的行为特性。 这包含的优势是：可使用相同的传感器，且由此所要求的传感器的种类的数量被降低到最小，且尽管超声传感器具有不同布置，交叉测量仍是可行的，其中一个超声传感器发射超声信号，而另一超声传感器接收相同的信号。 [0013] 本案中术语散热器格栅涉及一部件，特别是格栅部，其布置在机动车辆的前部部分中，在散热器的前方。除了冷却进气的功能之外，散热器格栅一般还具有车辆设计的功能，并由此增加由于通常非常特征化的设计造成的车辆的识别值。散热器格栅还已知为术语“进气槽”、“作为特制设计元件的散热器格栅”、“散热器格栅部”、“塑料肋”以及“塑料面板”。 [0014] 这意味着，第二超声传感器的发射和/或接收行为被调适到第一超声传感器的行为。这特别意味着，第二超声传感器受到影响以使得其辐射特征和/或发射频率被调适到第一超声传感器。 [0015] 在一个实施例中，因此以有利的方式设想，第一和第二超声传感器是具有相同设计的传感器，或同样的传感器，其在非安装状态中具有相同的谐振频率。由此，所要求的传感器的类型数量最小。 [0016] 优选地，借助于解调器件，第二超声传感器发射的超声信号的频率被调适到由第一超声传感器发射的超声信号。由此，在两侧上的超声信号呈现有相同的频率，使得两个膜件以相同频率振动。由此，通过两个超声传感器进行的交叉测量是可行的。 [0017] 关于解调器件的设计，可提供基本上两种不同的实施例，所述实施例还可以彼此组合。另一方面，第二超声传感器的发射和/或接收行为可以借助于盘状解调元件而受到影响，所述盘状解调元件附接到膜件的前表面。另外或替代地，第二超声传感器的解调还可以电子地实现。 [0018] 相应地，在一个实施例中，可以设想，解调器件呈现有盘状解调元件，其布置为接触第二超声传感器的膜件的前表面。这样的板状或盘状解调元件则影响膜件的谐振频率，且由此与膜件一起谐振。以此方式，实现了影响第二超声传感器的行为，以及在不需要过多努力的情况下调适第一超声传感器的行为。 [0019] 优选地，解调元件与膜件的前表面被胶粘在一起。由此，确保了解调元件到超声传感器的膜件的可靠且防滑以及安全操作的联接。而且，由此，解调元件和膜件之间的连接以与其他超声传感器和防护元件之间的情况相同的方式被提供。 [0020] 优选地，解调元件由塑料形成。该实施例利用了这样的事实：如已知的，机动车辆的防护元件也可以由塑料形成。该实施例由此允许将防护元件的振动技术性质赋予到解调元件，使得第二超声传感器可以被解调元件影响，达到与第一超声传感器被防护元件影响相同的程度。 [0021] 因此，如果解调元件由与防护元件相同的材料形成，则是特别优选的。由此，实现了，以与通过解调元件影响第一超声传感器相同的方式，通过解调元件影响第二超声传感器。由此，一方面，整体上得到了相同的辐射特征以及相同的发射频率，这允许施行(conduct)交叉测量，另一方面，还使得两侧上的信号的电子评估更容易。为解调元件选择相同的材料特别地还具有这样的优势：解调元件的振动技术性质取决于大气环境温度而与防护元件的性质相同的方式变化。由此，特别地，解调元件的e模块以与防护元件的e模块相同的方式变化。由此，第二超声传感器的发射和/或接收行为与第一超声传感器的行为总是保持相同，而这与当前温度无关。 [0022] 另外或替代地，还可以设想的是，解调元件具有与防护元件(在第一超声传感器的膜件布置于其上的部分中)相同的厚度。由此，两个超声传感器的性质也被调适到彼此。 [0023] 在一个实施例中，设想的是，超声传感器设备包括一个环形加强元件——优选地由陶瓷形成——其围绕第二超声传感器的罐状膜件布置。解调元件在此可以布置为接触第二超声传感器的膜件的前表面和加强元件的前部面二者。这样的加强元件具有的优势是，由此，膜件的振动或包括膜件和解调元件的整个布置的振动可被降低至这样的程度，该程度下膜件的振动的释放时间不超过预定的测量窗口。借助于这样的加强元件，由此，包括膜件和解调元件的整个布置的振动周期可以被降低至仍可接受的时间。那里的加强元件可以小于第一超声传感器的这种加强元件，所述第一超声传感器布置在防护元件后方。通过该加强元件的这种较小的设计，实现了，超声传感器在散热器格栅中不吸引注意力。 [0024] 如已经阐释的，第二超声传感器的解调可以等同地以电子方式执行。为此目的，解调器件可包括电子控制单元，其用于将第二超声传感器解调，且以激发频率操作同一传感器，所述激发频率不同于超声传感器的谐振频率或膜件的固有频率。由此，还可以实现第二超声传感器的发射行为到第一超声传感器的发射行为的可靠且良好的调适。在这一点上，甚至可设想，仅实现第二超声传感器的电子解调，而不需要采用机械解调元件。然而，替代地，优选的实施例是，部分地执行电子解调，且另外第二超声传感器还部分地借助于解调元件解调。在这一点上，在示例性方式中，解调的50％可通过附加的解调元件实现，且等价地，50％通过第二超声传感器的激发频率的转换实现。 [0025] 因此电子解调通过以下实现：超声传感器不以其谐振频率或固有频率被激发，而以与之不同的频率被激发。因为该激发频率由此不同于第二超声传感器的实际谐振频率，故膜件也没有被理想地激发，且发射或接收性能被降低。该实施例基于以下考虑：安装在防护元件后方的不可见的第一超声传感器在一些情形中(由于防护元件通过其高的e模块而具有高的衰减)相比于第二超声传感器具有明显更高的衰减，所述第二超声传感器具有“自由的视野”。这意味着，第二超声传感器可发射明显提高的性能，且对比地，该传感器的灵敏度也明显更高。换句话说，第二超声传感器还具有明显的性能保持。如果第二超声传感器现在以激发频率操作，所述激发频率不同于谐振频率，则该传感器的发射信号可以被调适到第一超声传感器的信号，而关于第二超声传感器的功能模式而言没有损害第二超声传感器。 [0026] 控制装置可将第二超声传感器的激发频率设置至一值，在该值处，该超声传感器所发射的超声信号的频率等于第一超声传感器的超声信号的频率。 [0027] 而且，本发明还涉及具有根据本发明的超声传感器设备的机动车辆。 [0028] 根据本发明的方法用于操作机动车辆的至少两个超声传感器，其中第一超声传感器布置为其膜件在机动车辆的防护元件的后侧上，所述防护元件特别是保险杠，使得第一超声传感器的膜件发射和/或接收穿过防护元件的超声信号，且第二超声传感器布置在机动车辆的散热器格栅上。通过解调器件，第二超声传感器被解调，且由此其发射和/或接收行为被调适到第一超声传感器的发射和/或接收行为。 [0029] 关于根据本发明超声传感器设备提出的优选实施例和它们的优势类似地应用于根据本发明的机动车辆和根据本发明的方法。 [0030] 本发明的进一步特征源自权利要求、附图和附图的描述。之前在说明书中提到的特征和特征组合以及在附图说明和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可用于相应的已示出的组合，还可用在其他组合或单独使用。 附图说明[0031] 现在参考各个优选实施例以及通过参考所附的附图更详细地解释本发明。 [0032] 图示中： [0033] 图1是根据本发明的实施例的机动车辆的示意图； [0034] 图2是根据本发明的第一实施例的超声传感器设备的示意性截面图； [0035] 图3a至3f是解调元件的各种形式的示意性表示；和 [0036] 图4是根据本发明的第二实施例的布置的示意性截面图； [0037] 附图中，相同元件或具有相同功能的元件配设有相同的参考标记。 具体实施方式[0038] 在图1中在其实施例中示意性地表示出的机动车辆是客车。机动车辆1包括超声传感器装置或超声传感器设备2，其包括作为装整(trim)元件的前保险杠3、散热器格栅4、以及在该实施例中包括四个超声传感器，即两个第一超声传感器5以及两个第二超声传感器6。第一超声传感器5布置为隐蔽或隐藏在保险杠3后方，使得超声传感器5的膜件与保险杠3的后侧接触，且超声信号穿过无孔的(unperforated)保险杠3而被发射和接收。第一超声传感器5在此是侧向或外侧传感器，而第二超声传感器6居中地位于两个外侧第一超声传感器 5之间。 [0039] 对比地，两个超声传感器6布置在散热器格栅4中，即每个在至少一个薄板上。 [0040] 超声传感器5、6的数量在图1中仅被示例性地表示出，且可以根据实施例而不同。因此，散热器格栅4中可以提供仅单个第二超声传感器6，替代地，也可以提供三个这样的传感器。第一超声传感器5的数量也仅是示例性的。 [0041] 所有的超声传感器5、6与电子控制装置7电联接，所述电子控制装置基于接收到的超声传感器5、6的信号而计算距障碍物的距离。控制装置7，其例如被设计为微控制器，则例如控制输出装置8，测量的距离经由该输出装置被输出。输出装置8可例如是扬声器和/或光学显示器。 [0042] 该实施例示例中，所有的超声传感器5、6是相同或同样的传感器，且由此也具有在非安装状态中的相同的谐振频率或固有频率。然而，由于在保险杠3上的布置,第一超声传感器5的发射频率通过保险杠3的材料改变。整体上，这些超声传感器5的辐射特征被保险杠3改变。还有，这些性质改变取决于温度，因为保险杠3的振动技术性质，特别是其e-模块(e-module)，随温度改变。对比地，第二超声传感器6原则上具有“自由视野”且不被保险杠3影响。在这样的布局中，一方面，第一超声传感器5，与另一方面，第二超声传感器6之间的交叉测量是不可能的，且由此障碍物的位置的精确确定是不可能的，因为第一超声传感器5发射具有一频率的超声信号，该频率在超声传感器6的情况中不被期待或无法被这些第二超声传感器6接收。由于该原因，本实施例中采取了措施，该措施确保第二超声传感器6在它们的发射和接收性质方面被调适到第一超声传感器5。为此目的，解调(detuning)器件被提供，其将第二超声传感器6的发射频率——即发射的超声传感器的频率调适到第一超声传感器 5的发射频率。 [0043] 现在参考图2，在一个实施例中，所称的解调器件可包括解调元件9，其是盘状且板状元件，且布置在第二超声传感器6的膜件11的前表面10上(还应用到布置在散热器格栅4上的所有第二超声传感器6)，即特别是被胶粘于其上。解调元件9因此与膜件11的前表面10形成接触，超声信号穿过其被发射。膜件11是铝罐，软弹性材料的脱离环12围绕其布置。在这一点上，膜件11从超声传感器6的壳体13突出，壳体包括用于将超声传感器6连接到控制装置7的插头。在这一点上，壳体13经由锁入元件15而栓锁在两个薄板16、17之间，或替代地栓锁到单个薄板的凹部中，其中，锁入元件15被栓锁到薄板16、17中的对应或互补的锁入孔中。在这一点上，膜件11的前表面10面向朝向前方的驱动方向。除了所称的薄板16、17之外，另外的薄板18、19设置为使得，在薄板18和16以及17和19之间空气可流动通过，用于冷却机动车辆1的发动机，如通过箭头20在图2中示意性示出的。 [0044] 借助于粘接剂连接，解调元件9在前部面处紧固到膜件11的前表面10。而且，解调元件9由与保险杠3相同的材料形成，而且具有与保险杠3在第一超声传感器5的部分中相同的厚度。该厚度在本实施例中为3mm。 [0045] 通过这样的解调元件9，在第二超声传感器6中产生了与第一超声传感器5相同的发射和接收条件，使得两侧上的超声信号也以相同频率发送，且这与主流温度无关。如果保险杠3的性质改变，则解调元件9的性质也改变。保险杠3以及解调元件9可以在那里由塑料形成。 [0046] 这意味着，通过解调元件9，第二超声传感器6以这样的方式被影响：其具有与第一超声传感器5相同的发射和接收行为。这意味着，该传感器6的发射频率被调适到第一传感器5的发射频率，或对应于该发射频率。 [0047] 在根据图2的实施例中，解调元件9仅与膜件11的前表面10接触。在这一点上，解调元件9的表面小于或最多等于膜件11的前表面10。解调元件9的各种几何形状在图3a至3f中更详细地示出。如图3a所示，解调元件9可以是圆盘，其设计为具有矩形横截面。在这一点上，该解调元件9的直径可对应于膜件11的直径。在根据图3b的实施例中，解调元件9被设计为圆弧或凸起的形式，其中解调元件9的外表面表示球的表面的较小部分。根据图3c的解调元件9基本对应于根据图3a的解调元件，且另外呈现有呈圆形角部。 [0048] 解调元件9的进一步可行设计在图3d至3f中示出，其中，在相应的侧视图下方还示出了解调元件9和膜件11的前表面10的俯视图。在图3d和3e中，解调元件9被设计为小于膜件11的前表面10。而图3e中，解调元件9被设计为圆形，具有小于膜件11的直径，根据图3d的解调元件9被设计为椭圆形，如可特别从俯视图可看到的。根据图3f的解调元件9是椭圆形的，且此外具有倒角边缘。 [0049] 根据保险杠3或解调元件9的材料，或根据振动技术要求，或根据光学要求，在一些实施例中，可能必要的是减少膜件11的振动的释放时间。为此，在根据图4的实施例中，采用了由陶瓷形成的环形加强元件21，其围绕脱离环12且由此围绕膜件11布置。该加强元件21由此减小膜件11的振动，以使得膜件11的振动的释放时间被减少。而且，在该实施例中，解调元件9接触膜件11的前表面10，其中，与根据图2的实施例对比，该解调元件9还在前部面处跨加强元件21的整个前侧22延伸。而且，解调元件9现在与保持件23一体地形成，一方面，加强元件21布置在所述保持件23中，另一方面，超声传感器6的壳体13锁入该保持件，即经由锁入元件15锁入。该一体形成的保持件23现在锁入在薄板16和17之间，且这经由锁入元件24和25进行。这里，解调元件9(其现在代表保持件23的底部)也由与保险杠3相同的材料形成，且具有相同的厚度。此外，整个保持件23可由该材料形成。加强元件21此外经由粘接剂连接26而与保持件23连接。 [0050] 保持件23可注射模制到散热器格栅4，或被设计为分立的部件。 [0051] 在图2和4中，示出了第二超声传感器6的发射和接收行为可如何被调适到第一超声传感器5的发射和接收行为。另外或替代地，还可以设想，电子控制装置7自身采纳了解调第二超声传感器6的功能。这可以例如为这样的形式：这些第二超声传感器6以不同于谐振频率的激发频率操作。该实施例可例如还被用于第二超声传感器6的部分解调，同时借助于解调元件9的进一步解调被施行。因此，完全的解调意图引起第二超声传感器6的被发射超声信号的频率等于第一超声传感器5的超声信号的频率。 |
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