-
Die
Erfindung beschreibt einen Ultraschallsensor, insbesondere für
ein Fahrzeug, welcher in einem Gehäuse ein mit zumindest
einer elektrischen Zuleitung kontaktiertes Wandlerelement zur Erzeugung
von Ultraschallschwingungen aufweist. Die Erfindung beschreibt ferner
ein Ultraschallsensorsystem mit mehreren solchen Ultraschallsensoren.
-
Stand der Technik
-
Konventionelle
Ultraschall-Fahrerassistenzsysteme verwenden zur Überwachung
jeder Fahrzeugseite zumeist drei bis sechs Ultraschalsensoren. Dabei
sind diese Sensoren zur Auswertung der von den Sensoren gesendeten
und empfangenen akustischen Signale in der Regel an ein Steuergerät
angeschlossen.
-
Die
Ultraschallsensoren umfassen zumindest einen Sensorkopf. Ein solcher
Sensorkopf umfasst eine Akustikmembran und ein Wandlerelement (Elektro-Akustik-Wandler,
häufig eine Piezo-Keramik umfassend). Das Wandlerelement
ist mit akustisch nicht leitenden elektrischen Zuleitungen kontaktiert und
auf der Akustikmembran aufgebracht, welche ihrerseits von einem
Gehäuse getragen wird. Mittels des Elektro-Akustik-Wandlers
werden im Sensorkopf elektrische in akustische Signale und umgekehrt
gewandelt. Auf der der Akustikmembran gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses kann eine akustische Sperre angeordnet
sein, welche die Richtcharakteristik des Ultraschallsensors formt.
Ein solcher Ultraschallsensor ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 011 155
A1 bekannt.
-
Von
einem aktiven Sensor spricht man im Allgemeinen, wenn sich am Verbauort
des Sensors neben dem Sensorkopf zumindest eine Verstärkerstufe im
Empfangszweig befindet. Zumeist ist in den aktiven Sensoren die
gesamte Front-End-Elektronik enthalten. Die Front-End-Elektronik
umfasst den ersten Verstärker (Vorverstärker)
zum Verstärken des empfangenen Signals und eine oder mehrere
Leistungsstufen, welche die beim Senden an das Wandlerelement angelegte
Spannung erzeugen. Die Leistungsstufe umfasst eine Sendeendstufe
und einen eventuell nachgeschalteten Übertrager. Je nach
Art der Signalübertra gung zwischen Sensor und Steuergerät unterscheidet
man aktiv analoge und aktiv digitale Systeme.
-
Bei
passiven Sensoren besteht der Ultraschallsensor im Wesentlichen
nur aus dem Sensorkopf. Ein solcher passiver Sensor ist mit einer
zweipoligen Leitung, häufig in koaxialer oder zweiadriger Bauform,
und mittels ein oder mehrerer Steckverbinder an die Front-End-Elektronik
des Steuergeräts angeschlossen.
-
Jeder
Ultraschallsensor ist mit einem eigenen, zumeist mindestens zweiadrigen
Kabel am Steuergerät angeschlossen. Wenn bei einem Fahrzeug
die Front- und die Heckpartie mittels Ultraschallsensoren abzusichern
ist, werden heutzutage meist alle Sensoren an einem zentralen Steuergerät angeschlossen.
Mittels eines solchen zentralen Steuergerätes wird unter
anderem das Sendetiming der Front- und der Hecksensoren aufeinander
abgestimmt, damit sich die Messungen an den beiden Fahrzeugseiten
nicht gegenseitig stören. Insbesondere bei Fahrzeugen mit
Front- und Heckabsicherung muss bei einer solchen zentralen Architektur mindestens
eine Ader je Sensor durch das gesamte Fahrzeug verlegt werden.
-
Darüber
hinaus gibt es auch lokal konzentrierte Ultraschall-Fahrzeugassistenzsysteme,
die beispielsweise als Komplettgerät von Sensorik und Auswerteelektronik
am Kennzeichen angebracht sind. Aufgrund ihrer Zentralisierung decken
sie jedoch nur einen eingeschränkten Beobachtungsraum ab.
-
Ferner
werden auch Insellösungen verwendet, bei denen ein Steuergerät
mit zugehörigen Sensoren in der Heckpartie und ein Steuergerät
mit zugehörigen Sensoren in der Frontpartie des Fahrzeugs verbaut
sind. Solche Lösungen werden heute insbesondere beim Nachrüsten
von Fahrzeugassistenzsystemen in ältere Fahrzeuge verwendet.
Die Systeme arbeiten unabhängig voneinander, obwohl sie
im gleichen Fahrzeug verbaut sind. Gegenseitige Störungen
der Systeme untereinander durch nicht aufeinander abgestimmtes Aussenden
von Ultraschallsignalen (= nicht abgestimmtes Sendetiming) sind die
Folge.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde,
dass bei einem Ultraschallsensor der Elektro-Akustik-Wandler, die
erste Verstärkerstufe, die Verbindungen dazwischen und
die damit verbundenen Schaltungsteile, wie zum Beispiel Übertrager
oder Sendeendstufe, besonders empfindlich gegenüber elektromagnetischer
Einstrahlung sind. Außerdem stellen die Leistungsstufe(n),
d. h. die sendende Leistungsendstufe, ein eventuell nachgeschalte ter Übertrager,
der Elektro-Akustik-Wandler und die Verbindungen dazwischen besonders
starke Quellen für elektromagnetische Abstrahlungen dar.
-
Eine
grundsätzliche Möglichkeit, dieser Problematik
zu begegnen, besteht darin, durch Schirmung dieser Komponenten die
Gefahr und die Folgen elektromagnetischer Abstrahlung und Einstrahlung
zu minimieren, d. h. die elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) zu optimieren. Dabei ist es zum Beispiel möglich,
dass einer der beiden mit Strom durchflossenen Leiter eines Leiterpaares
den anderen umgibt, wie es zum Beispiel bei einem koaxialen Kabel
der Fall ist, oder dass die beiden Leiter sehr eng aneinander liegend
und möglichst verdrillt verlegt sind, oder dass eine zusätzliche
metallisch geschlossene Hülle die zu schirmende Baugruppe
umgibt.
-
Heute übliche
Ultraschallsensoren weisen wegen fehlender Metallisierung des Gehäuses und/oder
der Gehäusemembran, wegen fehlender oder nur teilweise
verfügbarer Anbindung von Gehäuse und/oder Gehäusemembran
an die Masseleitung oder an die Schirmung der Verbindungsleitung zur
Front-End-Elektronik des Steuergerätes und/oder wegen fehlender
Schirmung von zumindest der Front-End-Schaltung im Ultraschallsensor
oder im Steuergerät empfindliche Stellen für elektromagnetische
Ein- oder Abstrahlung auf. Dadurch sinkt die Systemrobustheit und
damit die Systemzuverlässigkeit.
-
Die
vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebene
Problematik durch einen Ultraschallsensor, insbesondere für
ein Fahrzeug, welcher in einem Gehäuse ein mit zumindest
einer elektrischen Zuleitung kontaktiertes Wandlerelement zur Erzeugung
von Ultraschallschwingungen aufweist, wobei zumindest das Wandlerelement
durch eine oder mehrere elektrisch leitende Schirmflächen
gegen elektromagnetische Strahlung geschirmt ist.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Konzepts
sind in den Unteransprüchen wiedergegeben, welche der weiteren
Zuverlässigkeitserhöhung des Gesamtsystems durch
Optimierung der Architektur auf EMV dienen. So können insbesondere
durch die elektrisch leitenden Schirmflächen auch eine
oder mehrere Komponenten einer Front-End-Elektronik und/oder Leitungsführungen zwischen
den Komponenten und dem Wandlerelement gegen elektromagnetische
Strahlung geschirmt sein. Ferner ist es zur Steigerung der EMV insbesondere
vorteilhaft, dass das Gehäuse metallisch oder metallbeschichtet
ist und zumindest ein Teil der Front-End-Elektronik in das Gehäuse
hineinragt, wobei das Gehäuse derart mit einer leitenden
Abschirmung abgedeckt ist, dass der hineinragende Teil der Front-End-Elektronik
und das Wandlerelement von einer geschlossenen elektrisch leitenden
Schirmfläche abgeschirmt sind.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ultraschallsensors,
-
2 einen
Schaltplan einer Front-End-Elektronik mit Übertrager unter
Berücksichtigung der EMV-Problematik,
-
3 einen
Schaltplan einer Front-End-Elektronik ohne Übertrager,
-
4 einen
Schaltplan einer einfachen Sendeendstufe,
-
5 einen
grundlegenden Aufbau eines passiven Sensors,
-
6 eine
Schnittzeichnung einer bevorzugten zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors,
-
7 eine
Schnittzeichnung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ultraschallsensors,
-
8 eine
Schnittzeichnung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ultraschallsensors,
-
9 eine
Schnittzeichnung einer fünften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors,
-
10 eine
erste Möglichkeit zur Einbindung von Ultraschallsensoren
erfindungsgemäßer Bauform in ein Ultraschall-Fahrerassistenzsystem,
-
11 eine
zweite Möglichkeit zur Einbindung von Ultraschallsensoren
erfindungsgemäßer Bauform in ein Ultraschall-Fahrerassistenzsystem, und
-
12 eine
dritte Möglichkeit zur Einbindung von Ultraschallsensoren
erfindungsgemäßer Bauform in ein Ultraschall-Fahrerassistenzsystem.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Zunächst
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 das
erfindungsgemäße Konzept erläutert. Dabei
stellt 1 schematisch eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 1 dar. 2 und 3 zeigen
einen Schaltplan einer Front-End-Elektronik unter Berücksichtigung
der EMV-Problematik, 2 mit Übertrager 12, 3 ohne Übertrager. 4 zeigt
einen Schaltplan einer einfachen Sendeendstufe, wie sie in den 2 und 3 unter
der Bezugsziffer 11 dargestellt ist.
-
Die
vorliegende Erfindung geht davon aus, dass bei einem Ultraschallsensor 1 der
Elektro-Akustik-Wandler 5, die erste Verstärkerstufe 9 (durchgezogen
umrandet in 2 und 3), die
Verbindungen 6, 22 (strich-punktiert umrandet
in 2 und 3) dazwischen und die damit
verbundenen Schaltungsteile, wie zum Beispiel Übertrager 12 oder Sendeendstufe 11,
besonders empfindlich gegenüber elektromagnetischer Einstrahlung 23 sind.
Außerdem stellen die Leistungsstufe(n) 10 (lang-gestrichelt
umrandet in 2 und 3), d. h.
die sendende Leistungsendstufe 11, ein eventuell nachgeschalteter Übertrager 12,
der Elektro-Akustik-Wandler 5 und die Verbindungen 24 (kurz-gestrichelt
umrandet in 2 und 3) dazwischen
besonders starke Quellen für elektromagnetische Abstrahlungen 25 dar.
-
Der
Elektro-Akustik-Wandler 5 wird abwechselnd als Sender oder
als Mikrofon eingesetzt (Sende-Empfänger). Außer
während einer kurzen Sendezeit, die beispielsweise alle
150 ms (Millisekunden) ca. 0,3 ms lang dauert, dient der Sensorkopf 1 die weitaus
größte Zeitdauer als Mikrofon (Empfänger), das
mit seinem Akustik-Elektro-Wandler 5 hochempfindlich akustische
Signale empfängt, die in der nachgeschalteten ersten Verstärkerstufe 9 verstärkt
und gefiltert werden.
-
Elektromagnetische
Einstrahlungen 23 auf den Wandler 5 und seine
(strich-punktiert umrandete) Verbindung 22 hin zur ersten
Verstärkerstufe 9 können sich besonders
stark störend auswirken und sind durch geeignete Maßnahmen
zu vermeiden.
-
Die
Piezo-Keramik des Wandlerelements 5 wird während
seiner ca. 0,3 ms dauernden Sendezeit mit ca. 150 V bei 50 kHz als
Lautsprecher betrieben. Sowohl die hohe Spannung an der Piezo-Keramik, als
auch die dabei auftretenden starken Speisströme, die insbesondere
zwischen Sendeendstufe 11 (2 und 3)
und der Niederspannungs-Primärseite des Übertragers 12 (2)
fließen, d. h. im lang-gestrichelt umrandeten Bereich 10 (2 und 3), können
zu unzulässig hohen Abstrahlungen 25 führen.
-
Gemäß 1 ist
deshalb bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor 1,
welcher in einem Gehäuse 7 mit Ultraschallmembran 4 ein
mit zumindest einer elektrischen Zuleitung 6 kontaktiertes Wandlerelement 5 zur
Erzeugung von Ultraschallschwingungen aufweist, zumindest das Wandlerelement 5 durch
eine oder mehrere elektrisch leitende Schirmflächen ge gen
elektromagnetische Strahlung 23, 25 geschirmt.
Vorzugsweise werden durch diese elektrisch leitenden Schirmflächen
jedoch nicht nur das Wandlerelement 5, sondern auch eine
oder mehrere Komponenten 9, 11, 12 einer
Front-End-Elektronik 8 und/oder Leitungsführungen 6, 22, 24 zwischen den
Komponenten 9, 11, 12 und dem Wandlerelement 5 gegen
elektromagnetische Strahlung 23, 25 geschirmt.
Diese Schirmflächen werden im weiteren Verlauf unter den
Bezugsziffern 26, 27, 29, 30, 40, 41, 42, 45, 46 in
der Beschreibung der Ausführungsbeispiele beschrieben.
-
5 zeigt
einen grundlegenden Aufbau eines passiven Sensors. Bei einem passiven
Sensor besteht der Sensor im Wesentlichen nur aus dem Sensorkopf 1.
Ein solcher passiver Sensor ist mit einer zweipoligen Leitung 14,
häufig in koaxialer 14a Bauform oder zweiadriger 14b Bauform
und mittels ein oder mehrerer Steckverbinder 17 an die Front-End-Elektronik 8 des
Steuergerätes 2 angeschlossen.
-
Es
wird betont, dass sich die vorliegende Erfindung sowohl auf passive
als auch auf aktive Sensoren bezieht.
-
6 zeigt
eine Schnittzeichnung einer bevorzugten zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 1.
Hier handelt es sich um einen aktiven Sensor, bei dem sich am Verbauort des
Sensors neben dem Sensorkopf 1 zumindest eine Verstärkerstufe 9 im
Empfangszweig befindet. Häufig befindet sich in einem aktiven
Sensor die gesamte Front-End-Elektronik 8. Die Front-End-Elektronik 8 umfasst
den ersten Verstärker 9 (Vorverstärker)
zum Verstärken des empfangenen Signals und eine oder mehrere
Leistungsstufen 10, welche die beim Senden an das Wandlerelement 5 angelegte Spannung
erzeugen. Die Leistungsstufe 10 umfasst eine Sendeendstufe 11 (siehe 4)
und einen eventuell nachgeschalteten Übertrager 12 (siehe auch 2 und 3).
-
Das
Gehäuse 7 und/oder die Sensormembran 4 der
zweiten Ausführungsform sind metallisch oder metallbeschichtet 27.
Zumindest ein Teil der Front-End-Elektronik 8 ragt in das
Gehäuse 4, 7 hinein. Im speziellen Fall
können dies beispielsweise der Vorverstärker 9,
die Sendeendstufe 11, der Übertrager 12,
die elektrischen Zuleitungen 6, die Verbindungen 22 zwischen
Elektro-Akustik-Wandler 5 und dem Vorverstärker 9,
und/oder die oben unter Bezugsziffer 24 beschriebenen Verbindungen
sein. Das Gehäuse 4, 7 ist derart mit
einer leitenden Abschirmung 30, z. B. einer Leiterplatte,
abgedeckt, dass der hineinragende Teil der Front-End-Elektronik 8 und
das Wandlerelement 5 von einer geschlossenen elektrisch
leitenden Schirmfläche 26; 27, 30 abgeschirmt sind.
Dabei ist vorzugsweise die Abschirmung 30 der Front-End-Elektronik 8 elektrisch
leitend mit dem Metall oder mit der Metallbeschichtung 27 des
Gehäuses 4, 7 verbunden (siehe Bezugsziffer 28 in 6).
-
Durch
diese Anordnung wird eine zuverlässige elektromagnetische
Abschirmung der in Rede stehenden Komponenten erzielt bei gleichzeitig äußerst kompakter
Bauweise der so hergestellten aktiven Sensoren. Es wird darauf hingewiesen,
dass bei der vorgeschlagenen hochintegrierte Bauweise durch den
wechselnden Betrieb des Wandlerelements 5 als Lautsprecher
(Sender) und als Mikrofon (Empfänger) eine gegenseitige
Abschirmung der Sendeendstufe 11 und des empfindlichen
Empfangszweiges bis zum Vorverstärker 9 nicht
erforderlich ist. Es wird demnach also vorzugsweise nicht innerhalb
einer Wandleranbindung (Front-End-Elektronik 8) geschirmt, sondern
zwischen Front-End-Elektronik 8 und der Umgebung.
-
7 zeigt
eine Schnittzeichnung einer dritten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ultraschallsensors. Diese dritte
Ausführungsform stellt eine Alternative zur vorangehend
beschriebenen zweiten Ausführungsform gemäß 6 dar.
So ist in 7 zwar auch das Gehäuse 4, 7 metallisch
oder metallbeschichtet 27, die vollgeschirmte 29, 30 Front-End-Elektronik 8 ist
jedoch leicht abgesetzt vom Gehäuse angeordnet. Die Abschirmung 29, 30 der
Front-End-Elektronik 8 kann elektrisch leitend mit dem
Metall oder mit der Metallbeschichtung 27 des Gehäuses 4, 7 verbunden 28 sein.
Durch die räumliche Nähe zwischen der abgesetzten
Front-End-Elektronik 8 und dem Gehäuse 4, 7 (wenige
Millimeter bis wenige Zentimeter, z. B. 1 mm bis 5 cm) ist die Fläche, über
welche störende Strahlung ein- bzw. austreten kann, gering.
Zusätzlich können die elektrischen Zuleitungen 6 des
Wandlerelements 5 miteinander verdrillt sein, wodurch eine
zusätzliche abschirmende Wirkung erzielt werden kann. Zudem kann
diese kurze Verbindung 6 auch als Symmetrische Übertragung
ausgeführt sein.
-
Sowohl
bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform
kann das Metall oder die Metallbeschichtung 27 des Gehäuses 4, 7 elektrisch
leitend mit einem Bezugspotential der Front-End-Elektronik 8 verbunden
sein. Auch eine unkontaktierte elektrisch leitende Hülle
stellt schon einen Schutz insbesondere gegen magnetische Felder
dar.
-
8 zeigt
eine Schnittzeichnung einer vierten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ultraschallsensors. Hier ist
die Front-End-Elektronik 8 weiter vom passiven Sensorkopf 1 abgesetzt
als in 7 (von einigen Zentimetern bis einige Meter, z.
B. 5 cm bis 3 m). Um die für das Wandlerelement 5 mit zunehmender
Entfernung der vollgeschirmten 29, 30 Front-End-Elektronik 8 vom
Gehäuse 4, 7 schwächer werdende
Schirmungswirkung zu kompensieren, wird in dieser vierten Ausführungsform
das Gehäuse 4, 7 durch einen elektrisch
leitenden Verguss 40 oder durch einen elektrisch leitenden
Füllstoff 41, insbesondere Stahlwolle, oder durch
einen Metalldeckel 42 zu einer rundum geschlossenen elektrischen
Abschirmung 26; 27, 40, 41, 42 ausgebildet,
welche insbesondere das Wandlerelement 5 abschirmt. Eine der
elektrischen Zuleitungen 6 des Sensorkopfs 1 kann
ein Bezugspotential der Leitung 32 zur Anbindung des Ultraschallsensors
an ein Steuergerät 2 darstellen, wobei das Be zugspotential
(„Masse” oder „Schirm”) mit
zumindest einer der oben beschriebenen elektrisch leitenden Schirmflächen 26, 27, 29, 30, 40, 41, 42 verbunden
ist, insbesondere mit der Metallbeschichtung 27 des Gehäuses 4, 7.
-
Ferner
ist es möglich – in analoger Ausführung
wie in der zweiten und dritten Ausführungsform – die
rundum geschlossene elektrische Abschirmung 26 elektrisch
leitend mit einem Bezugspotential der Leitung 32 zur Anbindung
des Ultraschallsensors 1 an das Steuergerät 2 zu
verbinden (siehe Bezugsziffer 28 in 8). Denn
auch hier gilt: auch eine unkontaktierte elektrisch leitende Hülle
stellt schon einen Schutz insbesondere gegen magnetische Felder dar.
Vorzugsweise ist dabei das Bezugspotential („Masse” oder „Schirm”)
der Leitung 32 zum Steuergerät 2 mit
der Schirmung 29, 30 der Front-End-Elektronik 8 im
vom Gehäuse 4, 7 abgesetzten Steuergerät 2 elektrisch
leitend verbunden.
-
Durch
den elektrisch leitenden Verguss 40 kann neben der elektromagnetischen
Abschirmung auch eine mechanische Abdichtung des Gehäuses 4, 7,
z. B. gegen Feuchtigkeit, und eine mechanische Zugentlastung ZE
der elektrischen Zuleitungen 6 realisiert werden. Wie in
der 8 zu sehen ist, wird dazu beispielsweise eine
mechanische Zugentlastungsbrücke zwischen Sensorkopf 1 und Front-End-Elektronik 8 gesetzt,
welche zur zusätzlichen Stabilisierung in den Verguss 40 eingegossen sein
kann.
-
9 zeigt
eine Schnittzeichnung einer fünften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors. Hier
ist eine schirmende elektrisch leitende Hülle 46 zumindest
teilweise um das Wandlerelement 5 gelegt und mit einem
Masse-Bezugspotential des Wandlerelements 5 elektrisch
leitend verbunden. Durch diese direkt am Wandlerelement 5 befindliche
Schirmung 46 ist es in vorteilhafter Weise möglich,
ganz oder teilweise auf eine Metallisierung 27 des Gehäuses 7 oder
der Sensormembran 4 zu verzichten.
-
Vorzugsweise
ist zumindest eine der elektrischen Zuleitungen 6 ein koaxiales
Kabel, dessen Schirmung als elektrisch leitende Schirmfläche 45 über
das Wandlerelement 5 geführt ist. So kann auch bei
nicht vollständig um das Wandlerelement 5 geschlossenen
Hülle 46 eine gute Abschirmung erreicht werden.
Wie die 9 als spezielle Ausführungsform
dieses Konzepts zeigt, kann das koaxiale Kabel derart an dem Wandlerelement 5 elektrisch
leitend kontaktiert sein, dass eine akustische Leitung zumindest
weitgehend unterbunden ist (dazu kann auch unterstützend
die dehnbare Zugentlastung ZE beitragen). Das Wandlerelement 5 ist
dabei so umkontaktiert, dass sich auf der dem koaxialen Kabel abgewandten
Seite des Wandlerelements 5 eine elektrisch schirmende
Fläche 46 ergibt.
-
Die 10, 11 und 12 zeigen
beispielhaft einige Möglichkeiten zur Einbindung von Ultraschallsensoren
der oben beschriebenen Bauform in ein Ultraschall-Fahrerassistenzsystem.
-
Dabei
sind die Funktionen des Ultraschall-Fahrerassistenzsystems derart
auf mehrere lokale Steuergeräte LSG aufgeteilt, dass es
z. B. je Fahrzeugseite ein separates lokales Steuergerät LSG
gibt, so dass nur kurze Leitungen – vorzugsweise entlang
der zumeist EMV-unempfindlichen Fahrzeugaußenhaut – notwendig
sind. 10 zeigt beispielsweise zwei
lokale Steuergeräte 2, nämlich eines
(LSG-F) im Bereich der Frontpartie des Fahrzeugs und ein weiteres
(LSG-R) im rückwärtigen Bereich des Fahrzeugs.
An diese lokalen Steuergeräte 2 sind an Verbindungsstellen 39 über
Leitungen 32 beispielsweise vier Ultraschallsensoren S
angebunden. Die lokalen Steuergeräte LSG-F, LSG-R können über
ein Bussystem 35 verbunden sein und Informationen 38 untereinander
austauschen sowie auch Informationen mit den an das Bussystem angeschlossenen
Mensch-Fahrzeug-Schnittstellen (HMI-Ausgaben HMI-F und HMI-R) austauschen.
Die an die HMI-Schnittstellen angeschlossenen HMI-Geräte können
zur Gestaltung der durch sie anzuzeigenden Informationen auf einer
Anzeige (Display) die auf dem Bus 35 ausgetauschten Objektinformationen nutzen.
-
Gestrichelt
ist in 10 angedeutet, dass dieses soeben
beschriebene Konzept auch auf die Seiten des Fahrzeugs angewandt
werden kann, also auf die linke Seite IS und die rechte Seite RS
des Fahrzeugs.
-
11 zeigt
eine Möglichkeit, wie ein Fahrzeug bei einem Einsatz von
nur zwei lokalen Steuergeräten im linken hinteren Fahrzeugbereich (LSG-R/LS)
und im vorderen rechten Fahrzeugbereich (LSG-F/RS) sowohl im vorderen
und hinteren Bereich als auch an den Seiten mit Ultraschallsensoren
abgesichert werden kann. Für die Verbindung der lokalen
Steuergeräte 2 untereinander sowie für
die Anbindung der Sensoren S an die jeweiligen lokalen Steuergeräte 2 gilt
in analoger Weise die Beschreibung zu 10.
-
12 zeigt
eine Möglichkeit, wie ein Fahrzeug bei einem Einsatz von
nur zwei lokalen Steuergeräten im hinteren Fahrzeugbereich
(LSG-R) und im vorderen Fahrzeugbereich (LSG-F) sowohl im vorderen
und hinteren Bereich als auch an den Seiten mit Ultraschallsensoren
abgesichert werden kann. Für die Verbindung der lokalen
Steuergeräte 2 untereinander sowie für
die Anbindung der Sensoren S an die jeweiligen lokalen Steuergeräte 2 gilt
in analoger Weise die Beschreibung zu 10.
-
Vorteilhaft
ist es bei den oben beschriebenen Systemen gemäß 10 bis 12,
wenn in den Leitungen 32 zwischen den Sensoren S und dem
jeweiligen lokalen Steuergerät 2 keine oder nur
eine zerstörungsfrei trennbare Verbindung 39 (z.
B. Stecker und Buchse) angeordnet ist. Dies minimiert das Bauvolumen
und die Materialkosten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn
die trennbare Verbindung 39 zwischen den Sensoren S und
dem jeweiligen lokalen Steuergerät 2 mit einer
aufschiebbaren Gummi-Tülle oder mit einem Schrumpfschlauch
abgedichtet ist. Dadurch ist die Verbindungsstelle vor Staub und
Feuchtigkeit geschützt. Vor zugsweise ist die Verbindung 39 zwischen
lokalem Steuergerät 2 und Sensor S so in Koaxial-Schraubtechnik
ausgeführt, dass die Kabelseele gleichzeitig als Stecker dient.
Eine ähnliche Technik ist heutzutage bei der Satelliten-Antennentechnik
bekannt. Das jeweilige lokale Steuergerät 2 kann
direkt in oder an das zu überwachende Bauteil (z. B. Stoßfänger
des Fahrzeugs) montiert werden.
-
Vorzugsweise
ist das oben beschriebene Bussystem 35 so eingerichtet,
dass die an dieses System angeschlossenen lokalen Steuergeräte 2 über
dieses Bussystem Aktivierungs- und/oder Deaktivierungsinformationen,
Synchronisationen der Sendetimings ihrer jeweiligen Sensoren S,
und Objektinformationen austauschen können. Dabei ist es
besonders vorteilhaft, wenn lokale Uhren in den lokalen Steuergeräten 2 das
Sendetiming so steuern, dass niemals gleichzeitig Echos von mehreren
Sendern S unsynchronisiert bei einem empfangenden Sensor S eintreffen.
-
Erfindungsgemäß vereinen
sich die obigen Ausführungen zu einem Gesamtkonzept, welches
im Folgenden zusammenfassend dargestellt wird.
-
Durch
Dezentralisierung der Steuergeräte LSG (siehe 10 bis 12)
und durch Verschieben der Front-End-Elektronik 8 aus dem
Sensorgehäuse 4, 7 am Verbauort der Sensorköpfe 1 in
das jeweils zugeordnete lokale Steuergerät LSG – vorzugsweise
unter Verwendung von Techniken zur vollgeschirmten Anbindung und
vorzugsweise unter Verzicht auf Steckverbindungen zwischen den lokalen Steuergeräten
LSG und den am Verbauort jeweils verbliebenen Sensorköpfen 1,
S – entsteht ein elektronischer Sensorkabelbaum, in dessen
Mitte sich jeweils ein lokales Steuergerät LSG befindet,
an welchem nur noch kleine Sensorköpfe 1, S hängen,
die aufgrund ihres geringen Bauvolumens leichter in die Oberflächenstruktur
bzw. Fahrzeugkontur eingepasst werden können. Diese elektronischen
Sensorkabelbäume sind so ausgebildet, dass an dem jeweiligen lokalen
Steuergerät LSG mehrere Sensorköpfe 1 (z. B.
vier) angebunden sind. Die elektronischen Sensorkabelbäume
sind über ein Bussystem 35 (siehe 10)
digital miteinander verbunden. Auf diese Weise kann die Anzahl der
abgesicherten Seiten des Fahrzeugs durch die Anzahl der montierten
elektronischen Sensorkabelbäume kaskadiert werden.
-
Die
in den Ansprüchen wiedergegebenen Merkmalskombinationen
zu den erfindungsgemäßen Ultraschallsensoren stellen
dabei die Grundlage für eine hinsichtlich EMV optimierter
Systemarchitektur dar, da beim Empfang von Signalen Störsignale schlechter
zu den sensiblen Sensorteilen, insbesondere zum Wandlerelement 5,
vordringen können und beim Senden Störsignale
(zumindest weitgehend) nicht nach außen abgegeben werden.
-
Die
dezentrale Architektur der Steuergeräte LSG ermöglicht
den Verzicht auf Steckverbindungen und kürzere Leitungen 32 zwischen
der digitalen Messwerterfassung im Steuergerät 2 und
den Messorten (= Sensorköpfen 1). Dies führt
zu einer signifikanten Kostensenkung gegenüber herkömmlichen
Systemarchitekturen. Aufgrund der kurzen Leitungslängen
ist auch der Einsatz von an sich teuren Leitungen wie Koaxialkabeln
oder Parallelkabeln wirtschaftlich sinnvoll, weswegen eine kostengünstige
vollgeschirmte Anbindung 32 von rein passiven Sensorköpfen 1 bei
gleichzeitig hoher Systemzuverlässigkeit möglich
ist. Außerdem sind die elektronischen Sensorkabelbäume
leicht skalierbare Grundkomponenten, was eine Variantenvielfalt
bei den konkret realisierbaren Systemarchitekturen bedeutet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006011155
A1 [0003]