DE10000924B4

DE10000924B4 - ultrasonic sensor

Info

Publication number: DE10000924B4
Application number: DE2000100924
Authority: DE
Inventors: Dieter Falzewski; Thomas Sack; Stefan Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: DE10000924A1

Abstract

Ultraschallsensor für eine Abstandsmesseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik, einer Membran und einem Resonanzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit dem Resonanzkörper von dem Gehäuse (1) mit der Elektronik und dem elektrischen Verbindungselement (2) mechanisch getrennt ist.Ultrasonic sensor for a distance measuring device on a motor vehicle with a housing, an electrical connection element formed on the housing, an electronics disposed within the housing, a membrane and a resonator, characterized in that the membrane with the resonator from the housing (1) with the electronics and the electrical connection element (2) is mechanically separated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für eine Abstandsmesseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik, einer Membran und einem Resonanzkörper.The invention relates to an ultrasonic sensor for a distance measuring device on a motor vehicle having a housing, an electrical connection element formed on the housing, an electronics system disposed within the housing, a membrane and a resonance body.

Derartige Ultraschallsensoren sind beispielsweise aus der DE 34 41 684 A1 oder der DE 197 55 729 A1 bekannt. Sie werden zur Realisierung elektronischer Einparkhilfen verwendet, wobei sie entweder nur im Heckbereich oder im Heckbereich sowie im Frontbereich des Kraftfahrzeuges montiert werden. Je nach der gewünschten Größe des zu erfassenden Messbereichs werden derzeit meist zwei bis sechs Sensoren im Heckbereich bzw. im Frontbereich montiert. Aus akustischen Gründen liegt der optimale bzw. akzeptable Einbaubereich der Sensoren meistens im Stoßfänger oder im Spoilerbereich. Das geometrische Abbild der wirksamen Wellenfronten von abgestrahlter und empfangener, d. h. von einem Hindernis reflektierter Schalleistung ist mit einer Keule vergleichbar, deren Ursprung am Sensor liegt. Um störende Bodenechos zu vermeiden und um den Erfassungsbereich in der Vertikalen groß genug zu halten, werden die Sensoren meistens genau in horizontaler Ausrichtung oder mit einer Winkelanstellung nach oben montiert.Such ultrasonic sensors are for example from the DE 34 41 684 A1 or the DE 197 55 729 A1 known. They are used for the realization of electronic parking aids, whereby they are mounted either only in the rear area or in the rear area and in the front area of the motor vehicle. Depending on the desired size of the measuring range to be detected, currently usually two to six sensors are mounted in the rear area or in the front area. For acoustic reasons, the optimal or acceptable installation area of the sensors is usually in the bumper or in the spoiler area. The geometric image of the effective wavefronts of radiated and received, ie reflected by an obstacle sound power is comparable to a club, which originated at the sensor. In order to avoid disturbing floor echoes and to keep the detection range in the vertical large enough, the sensors are usually mounted exactly in a horizontal orientation or with an angle upwards.

Derzeit erhältliche Ultraschallsensoren haben ein relativ großes, für viele akustisch günstige Einbauorte sogar viel zu großes Einbauvolumen. Man ist daher bemüht, Ultraschallsensoren zu schaffen, die ein möglichst kleines Einbauvolumen aufweisen (vgl. hierzu auch die in der DE 34 41 684 A1 und der DE 197 55 729 A1 angegebenen Aufgabenstellungen).Currently available ultrasonic sensors have a relatively large, for many acoustically favorable locations even far too large installation volume. It is therefore endeavored to provide ultrasonic sensors which have the smallest possible installation volume (see also the in the DE 34 41 684 A1 and the DE 197 55 729 A1 specified tasks).

Die DE 3441 684 A1 offenbart einen Ultraschallwandler, der eine elliptische Membran und einen elliptischen piezoelektrischen Keramikkörper aufweist.The DE 3441 684 A1 discloses an ultrasonic transducer having an elliptical membrane and an elliptical piezoelectric ceramic body.

Die DE 197 55 729 A1 betrifft einen Ultraschallsensor bestehend aus einem Gehäuse mit einer Steckverbindung, einem Ultraschallwandler und einer Leiterplatte. Das Gehäuse ist in einem Träger und eine den Träger umschließende Haube unterteilt.The DE 197 55 729 A1 relates to an ultrasonic sensor consisting of a housing with a plug connection, an ultrasonic transducer and a printed circuit board. The housing is divided into a carrier and a hood enclosing the carrier.

Die DE 38 12 182 A1 betrifft die Befestigung von Ultraschallwandlern in der Öffnung einer Stoßstange eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wandlergehäuse mit einem Flansch auf der einen Seite der Stoßstange anliegt und an der Gegenseite über ein federndes Befestigungselement abgestützt ist.The DE 38 12 182 A1 relates to the attachment of ultrasonic transducers in the opening of a bumper of a motor vehicle, wherein the transducer housing rests with a flange on one side of the bumper and is supported on the opposite side via a resilient fastening element.

Die DE 197 31 329 C1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Druck und Temperatur eines Gases in einem Hohlraum mittels eines sowohl als Druckmesselement wie auch als Ultraschallwandlerelement zur Temperaturbestimmung ausgelegten Messelements.The DE 197 31 329 C1 relates to an apparatus and a method for determining the pressure and temperature of a gas in a cavity by means of a designed both as a pressure measuring element and as an ultrasonic transducer element for temperature determination measuring element.

Die DE 197 56 462 A1 betrifft einen Ultraschallwandler mit einem topfähnlichen Gehäuse mit einer ringförmigen Wandung und einem membranartigen Boden. Die Anschlussleitungen sind fixiert und ausgerichtet in den Ultraschallwandler eingeführt und der Ultraschallwandler ist mit einem Stopfen verschlossen.The DE 197 56 462 A1 relates to an ultrasonic transducer with a pot-like housing with an annular wall and a membranous bottom. The connecting leads are fixed and aligned in the ultrasonic transducer inserted and the ultrasonic transducer is closed with a stopper.

Die DE 40 13 665 C2 offenbart einen Sensor zum Nachweisen eines Stoffes oder zum Messen der Konzentration desselben in einer Flüssigkeit mittels eines piezoelektrischen Schwingquarzsensors.The DE 40 13 665 C2 discloses a sensor for detecting a substance or measuring its concentration in a liquid by means of a piezoelectric quartz crystal sensor.

Die DE 11 05 211 A betrifft einen Unterwasserübertrager für Schall- und Ultraschallschwingungen mit einem wasserdichten Gehäuse, welches zwischen einer Vorder- und einer Rückwand einen Hohlraum enthält, indem sich ein Schwingungskörper befindet. Ein elektromechanisch ansprechendes Keramikelement ist zwischen einem vorderen und einem hinteren Massenteil von verschiedener Dichte eingefügt, die mechanisch mit dem Keramikteil verbunden sind. Der vordere Massenteil hat eine geringere Dichte als der hintere Massenteil und einen größeren Durchmesser als der Keramikteil. Die vorderen und hinteren Massenteile sind mit der entsprechenden Vorder- bzw. Rückwand des Gehäuses verbunden.The DE 11 05 211 A relates to an underwater transducer for sonic and ultrasonic vibrations with a watertight housing which contains a cavity between a front and a rear wall by a vibrating body is located. An electromechanically responsive ceramic element is interposed between a front and a rear mass portion of different density, which are mechanically connected to the ceramic part. The front mass portion has a lower density than the rear mass portion and a larger diameter than the ceramic part. The front and rear mass parts are connected to the corresponding front and rear walls of the housing.

Der aus der DE 197 55 729 A1 bekannte Ultraschallsensor ist in 3 der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt. Der Sensor besteht im Wesentlichen aus einem Sensorgehäuse 1 mit einer darin angeordneten Elektronik, die auf einer Leiterplatte montiert ist, einer Steckverbindung 2 und einem Membranteil 3, bestehend aus der akustisch wirksamen Membran und einem Resonanzkörper. Wenn ein solcher Sensor bei tieferen Einbaulagen nach oben gekippt montiert werden muß, vergrößert sich das notwendige Einbauvolumen meist noch zusätzlich. Auch kommt es häufig zu unüberwindbaren Einbauschwierigkeitkeiten, wenn der Sensor aus akustischen Gründen im Stoßfänger des Kraftfahrzeuges so plaziert werden muß, daß er im Bereich des Trägers des Stoßfängers liegt. Es kann dann nur ein akustisch ungünstigerer Einbauort mit entsprechenden Leistungseinbußen gewählt werden. Außerdem muß für die relativ große Masse des Sensors ein massiver Halter realisiert werden, und zwar insbesondere wegen der lageabhängigen Meßgenauigkeit des Sensors, da schon kleine Abweichungen von der Soll-Lage zu Fehlmessungen führen.The from the DE 197 55 729 A1 known ultrasonic sensor is in 3 the accompanying drawing shown schematically. The sensor essentially consists of a sensor housing 1 with an electronics arranged therein, which is mounted on a printed circuit board, a plug connection 2 and a membrane part 3 consisting of the acoustically effective membrane and a resonator. If such a sensor must be mounted tilted upwards at lower installation positions, the necessary installation volume usually increases in addition. Also, it often comes to insurmountable Einbauschwierigkeitkeiten when the sensor for acoustic reasons in the bumper of the motor vehicle must be placed so that it lies in the region of the support of the bumper. It can then be selected only with an acoustically less favorable installation location with corresponding performance losses. In addition, a massive holder must be realized for the relatively large mass of the sensor, in particular because of the position-dependent measurement accuracy of the sensor, since even small deviations from the desired position lead to incorrect measurements.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit optimalen Leistungseigenschaften auch an einem relativ wenig Platz bietenden, jedoch akustisch günstigen Einbauort montierbar ist.Proceeding from this, the present invention has the object to provide an ultrasonic sensor of the type mentioned, which can be mounted with optimal performance characteristics in a relatively little space bidding, but acoustically favorable installation location.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran mit dem Resonanzkörper von dem Gehäuse mit der Elektronik und dem elektrischen Verbindungselement mechanisch getrennt ist.This object is achieved in that the membrane with the resonator from the housing with the electronics and the electrical connection element is mechanically separated.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft folgende Vorteile:

– Das aus der Membran und dem Resonanzkörper bestehende Membranteil des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors kann wegen seines kleinen Volumens und seiner geringen Masse mit einem einfachen und kostengünstigen Halter direkt am Stoßfängerhalter oder direkt an der Stoßfängerabdeckung montiert werden, gegebenenfalls auch zusammen mit einem sichtbaren Designteil auf der Stoßfängerabdeckung.
– Das Membranteil kann wegen seines kleinen Volumens einfach und preiswert im akustisch günstigen Bereich, zum Beispiel zwischen Stoßfängerträger und Stoßfängerabdeckung, montiert werden, was bei der relativ großen, ungetrennten Bauform gemäß 3 der Zeichnung häufig gar nicht oder nur mit einem hohen mechanischen und finanziellen Aufwand für Stoßfänger und/oder Spoileränderungen sowie mit hohem Kosten- und Zeitaufwand für Werkzeugänderungen möglich wäre.
– Das Sensorgehäuse mit der dann befindlichen Elektronik kann an einem günstigen Einbauort montiert werden, zum Beispiel im eigentlichen Stoßfängerträger. Der Halter für das relativ schwere, die Elektronik und die Steckverbindung umfassende Sensorgehäuse kann im nicht sichtbaren Bereich einfach und ohne Bauteil-Mehrkosten im Stoßfängerhalter integriert werden, und zwar ohne daß hierfür ein separater Halter benötigt wird.
– Durch den vereinfachten Sensoreinbau, der aus dem reduzierten „kritischen” Einbauvolumen sowie der insoweit verringerten Masse resultiert, kann die durch die derzeitige Bauform gemäß 3 der Zeichnung bedingte Variantenzahl der Stoßfänger und/oder Spoiler in der Kraftfahrzeug-Serienfertigung reduziert werden. Dies führt zu signfikanten Einsparungen im Werkzeug- und Logistikbereich.

The solution according to the invention provides the following advantages:

- The consisting of the membrane and the resonator body part of the ultrasonic sensor according to the invention can be mounted with a simple and inexpensive holder directly to the bumper holder or directly to the bumper cover, possibly also together with a visible design part on the bumper cover because of its small volume and low mass.
- The membrane part can be easily and inexpensively in the acoustically favorable range, for example, mounted between the bumper beam and bumper cover, due to its small volume, which in the relatively large, unseparated design according to 3 Often the drawing would not at all or only with a high mechanical and financial cost for bumpers and / or spoiler changes and with high cost and time required for tool changes would be possible.
- The sensor housing with the electronics then located can be mounted at a convenient location, for example, in the actual bumper support. The holder for the relatively heavy, the electronics and the connector comprehensive sensor housing can be integrated in the non-visible area easily and without additional component costs in the bumper holder, without the need for a separate holder is required.
- Due to the simplified sensor installation, resulting from the reduced "critical" installation volume and the extent reduced mass, which can be determined by the current design 3 the drawing conditional number of variants of bumpers and / or spoilers in the automotive mass production can be reduced. This leads to significant savings in the tool and logistics sector.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors besteht darin, daß die Membran über eine verdrillte und/oder abgeschirmte elektrische Verbindungsleitung mit dem Gehäuse verbunden ist. Hierdurch wird eine Erhöhung der elektrischen Störfestigkeit des Sensors erreicht.A preferred embodiment of the ultrasonic sensor according to the invention is that the membrane is connected via a twisted and / or shielded electrical connection line to the housing. As a result, an increase in the electrical noise immunity of the sensor is achieved.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors besteht darin, daß an der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik mehrere, jeweils aus einer Membran und einem Resonanzkörper gebildete Membranteile angeschlossen sind. Somit lassen sich zum Beispiel zur Kostenreduzierung je nach Einbausituation zwei oder mehr Membranteile auf eine gemeinsame Elektronik im Sensorgehäuse führen.Another preferred embodiment of the ultrasonic sensor according to the invention is that a plurality of diaphragm parts formed in each case from a membrane and a resonator body are connected to the electronics arranged within the housing. Thus, for example, to reduce costs depending on the installation situation, two or more membrane parts can lead to common electronics in the sensor housing.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments are specified in the subclaims.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors sind in den 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt.Two embodiments of an ultrasonic sensor according to the invention are in the 1 and 2 the drawing shown schematically.

Der in 1 dargestellte Ultraschallsensor besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement 2, bei dem es sich um einen Steckverbinder oder eine elektrische Verbindung in Kabelschwanzausführung handelt, einer innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Elektronik (nicht gezeigt) und einem Membranteil 3, das eine akustisch wirksame Membran und einen Resonanzkörper umfaßt. Das Membranteil 3 ist vom Rest des Sensors mechanisch getrennt. Das Membranteil 3 kann dabei mit einem kleinen Halter (nicht gezeigt) und mit oder ohne einer Designabdeckung (nicht gezeigt) im Sichtbereich, zum Beispiel dem Außenbereich eines Stoßfängers, montiert werden. Das Sensorgehäuse 1 und die Membran des Membranteils 3 sind mittels einer zweiadrigen elektrischen Leitung 4 verbunden. Zur Erhöhung der elektrischen Störfestigkeit ist die elektrische Verbindungsleitung 4 zwischen Membranteil 3 und Sensorelektronik vorzugsweise als verdrillte und gegebenenfalls zusätzlich abgeschirmte Leitung ausgeführt.The in 1 shown ultrasonic sensor consists essentially of a housing 1 a formed on the housing electrical connection element 2 , which is a connector or electrical connection in a cable tail design, one inside the housing 1 arranged electronics (not shown) and a membrane part 3 comprising an acoustically effective membrane and a resonator. The membrane part 3 is mechanically isolated from the rest of the sensor. The membrane part 3 can be mounted with a small holder (not shown) and with or without a design cover (not shown) in the field of view, for example, the exterior of a bumper. The sensor housing 1 and the membrane of the membrane part 3 are by means of a two-wire electrical line 4 connected. To increase the electrical immunity is the electrical connection line 4 between membrane part 3 and sensor electronics preferably designed as a twisted and possibly additionally shielded cable.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, daß zwei Membranteile 3, 3' über elektrische Verbindungsleitungen 4, 4' an der im Sensorgehäuse 1 angeordneten Elektronik angeschlossen sind.This in 2 illustrated embodiment differs from the embodiment according to 1 in that two membrane parts 3 . 3 ' via electrical connection lines 4 . 4 ' at the in the sensor housing 1 arranged electronics are connected.

Claims

An ultrasonic sensor for a distance measuring device on a motor vehicle with a housing, an electrical connection element formed on the housing, an electronics disposed within the housing, a membrane and a resonance body, characterized in that the membrane with the resonance body of the housing ( 1 ) with the electronics and the electrical connection element ( 2 ) is mechanically separated.

Ultrasonic sensor according to claim 1, characterized in that the membrane via a twisted electrical connecting line ( 4 . 4 ' ) with the housing ( 1 ) connected is.

Ultrasonic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane via a shielded electrical connection line ( 4 . 4 ' ) with the housing ( 1 ) connected is.

Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the membrane is mounted with the resonator on a mountable on the bumper of a motor vehicle holder.

Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the membrane is provided with a visible design cover.

Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the inside of the housing ( 1 ) arranged electronics, each formed from a membrane and a resonator body membrane parts ( 3 . 3 ' ) are connected.