DE19714606A1

DE19714606A1 - Ultra sound transmitter and receiver for motor vehicle distance warning system

Info

Publication number: DE19714606A1
Application number: DE19714606A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mathes; Heinrich Dr Gotzig
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-15

Abstract

The ultra sound transmitter and receiver is a capacitive or electrostatic ultra sound transducer. Preferably, the transducer includes a first electrode which is formed by a light membrane and a second electrode formed by a solid counter body. The membrane and the solid body have an electrically conducting layer. The membrane has a metallised plastic foil. A gas pad is provided between the membrane and the coating of the solid body. The coating of the solid body has etched recesses which increase the yielding.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsender und/oder -empfänger, nachfolgend vielfach gemeinsam als Wandler be nannt, für eine Abstandswarnanlage in Kraftfahrzeugen. Der artige nach dem Echoprinzip arbeitende Warnanlagen sind be kannt. Der Abstand eines Hindernisses wird mit Hilfe der Laufzeit eines Ultraschallpulses gemessen, der von dem Sen sor gesendet und von einem anderen Sensor oder dem gleichen Sensor empfangen wird.The invention relates to an ultrasonic transmitter and / or -Receiver, hereinafter often together as a converter called, for a distance warning system in motor vehicles. The like warning systems based on the echo principle are be knows. The distance of an obstacle is determined using the Running time of an ultrasound pulse measured by the Sen sor sent and from another sensor or the same Sensor is received.

Bei der Verwendung von Ultraschallpulsen sind als Sender bzw. Empfänger Piezo-Sensoren bekannt und im Einsatz. Der artige Wandler haben im wesentlichen eine zylinderförmige Gestalt, wobei die Längserstreckung des Zylinders in den Umgebungsbereich des Hindernisses reicht. Daraus resultiert, daß derartige Sensoren in ihrer Längsrichtung einige Zenti meter an Platz benötigen und deshalb nur an bestimmten Stel len des Fahrzeugs, beispielsweise in den Stoßfänger, ein baubar sind. Sollen derartige Sensoren an den Seitenflächen eines Fahrzeugs montiert werden, um beispielsweise hinsicht lich des Seitenabstandes eines überholenden Fahrzeugs warnen zu können, so stößt dies auf Hindernisse, da die Sensoren in ihrer überwiegenden Länge in das Karosserieblech versenkt werden müßten.When using ultrasonic pulses are used as transmitters or receiver piezo sensors known and in use. The like transducers are essentially cylindrical Shape, the longitudinal extension of the cylinder in the Surrounding area of the obstacle is sufficient. This results, that such sensors in their longitudinal direction a few centi need meters of space and therefore only at certain points len of the vehicle, for example in the bumper are buildable. Should such sensors on the side surfaces a vehicle can be mounted, for example warn the side distance of an overtaking vehicle to be able to do so, there are obstacles because the sensors in their predominant length sunk into the body panel should be.

Die Erfindung geht daher aus von Sendern bzw. Empfängern der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung für der artige Wandler vorzuschlagen, welche auch an bisher nicht zur Verfügung stehenden Montageorten an einem Kraftfahrzeug weitgehend unsichtbar bleiben und darüber hinaus sich an diesen Stellen recht einfach montieren lassen.The invention is therefore based on transmitters or receivers genus resulting from the preamble of claim 1. The object of the invention is to provide a configuration for the propose like converters, which are not yet on available mounting locations on a motor vehicle remain largely invisible and beyond that have these places installed quite easily.

Die Erfindung wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die Sender und/oder Empfänger als kapazitive oder elektrostatische Wandler auszugestalten. Derartige Wandler sind im Prinzip bekannt und beispielsweise auf Seite 137 bis 139 sowie auf Seite 149 und 150 von Heinrich Kuttruff in "Physik und Tech nik des Ultraschalls" (erschienen im Hirzel-Verlag Stuttgart 1988) beschrieben. Durch die Verwendung eines derartigen Senders bzw. Empfängers ergeben sich eine große Anzahl von Vorteilen, die u. a. auch darauf basieren, daß derartige Sen der und Empfänger (nachfolgend vielfach als Ultraschallsen soren bezeichnet) sehr flach aufgebaut werden können. Auf diese Weise ist die Haupterstreckungsrichtung parallel zur Oberfläche des Kraftfahrzeugs und nicht senkrecht hierzu, wodurch sie sehr gut an dessen äußere Formgebung angepaßt werden können.The invention is characterized by the Part of claim 1 resulting combination of features solved. In principle, the invention therefore consists in the transmitter and / or receivers as capacitive or electrostatic To design converters. Such converters are in principle known and for example on pages 137 to 139 and on Page 149 and 150 of Heinrich Kuttruff in "Physics and Tech nik des Ultrasound "(published by Hirzel-Verlag Stuttgart 1988). By using such a Sender or receiver result in a large number of Advantages that u. a. also based on the fact that such Sen the and receiver (hereinafter often referred to as ultrasound sensors) can be built very flat. On in this way the main direction of extension is parallel to Surface of the motor vehicle and not perpendicular to it, making it very well adapted to its external shape can be.

Um eine hinreichend große, in den Ultraschallbereich rei chende Frequenz zu erreichen, empfiehlt sich in Weiterbil dung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach besitzt das Ultraschallsensormodul als erste Elektrode eine sehr leichte Membran, während die zweite Elektrode einen ver gleichsweise massiven Körper aufweist, der entweder selbst leitend ist oder vorzugsweise eine elektrisch leiten de Beschichtung aufweist. Es ist somit möglich, elektrisch leitende Karosserieteile wie Türbleche oder Karosseriebleche selbst als zweite Elektrode zu verwenden. Eine andere Mög lichkeit kann darin bestehen, die zweite Elektrode aus einem Kunststoffteil zu bilden, welches mit einer elektrisch lei tenden Beschichtung versehen ist. Auf diese Weise wird der Sensor gegenüber dem Karosserieblech isoliert befestigt. Das Kunststoffteil kann z. B. auch auf das Karosserieblech auf rastbar oder klebbar sein, und zusätzlich andere Funktionen übernehmen, so daß es beispielsweise als Stoßleiste oder Stoßfänger, Nummernschild oder ähnliches oder zumindest als ein Teil hiervon dienen kann.To get a sufficiently large one, into the ultrasound range Reaching the appropriate frequency is recommended in Weiterbil the combination of features according to claim 2 the ultrasonic sensor module as the first electrode a very light membrane, while the second electrode ver equally massive body that either is itself conductive or preferably electrically conductive has coating. It is thus possible to be electrical conductive body parts such as door panels or body panels to be used as a second electrode. Another possibility The second electrode can consist of one Form plastic part, which with an electrically lei tenden coating is provided. In this way the Sensor attached insulated from the body panel. The Plastic part can e.g. B. also on the body panel can be snapped or glued, and in addition other functions take over, so that it for example as a bumper or Bumper, license plate or similar or at least as part of it can serve.

Eine besonders zweckmäßige Membran erhält man durch die An wendung der Merkmale nach Anspruch 3. Hierdurch lassen sich besonders dünne und haltbare Membranen erzeugen, wobei die Kunststoffolie gleichzeitig auch noch als Dielektrikum zwi schen den Elektroden dienen kann. Auf diese Weise lassen sich vergleichsweise hohe Schallfrequenzen erreichen, wie sie für die erfindungsgemäßen Sensoren benötigt werden.A particularly useful membrane is obtained from the An Use of the features according to claim 3. This allows produce particularly thin and durable membranes, the Plastic film at the same time as a dielectric between can serve the electrodes. Let it this way comparatively high sound frequencies can be reached, such as they are required for the sensors according to the invention.

Um das für eine Federwirkung zwischen den Elektroden benö tigte Gaspolster zu verbessern, kann sich die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 4 empfehlen. Dabei wird durch Ver größerung des für das Polster zur Verfügung stehenden Raumes dessen Nachgiebigkeit erhöht. Hierdurch läßt sich die Reso nanzfrequenz in den gewünschten Bereich legen und somit die Sensoren bzw. Wandler in ihrer Arbeitsweise an den gewünsch ten Einsatz für eine Abstandswarnanlage anpassen. Das Her ausätzen kleiner Teile der Elektrode ist aus der Leiterplat tentechnik an sich bekannt und soll hier nicht näher be schrieben werden. Wichtig ist, daß neben der Elektrode für den Ultraschallsender bzw. Ultraschallempfänger (nachfolgend vielfach als Ultraschallwandler bezeichnet) die leitende Beschichtung des Gegenkörpers bzw. eine dort eingesetzte Leiterplatte auch elektrische Zuleitungen und Kontaktfelder aufnehmen kann, wie weiter unten noch erläutert wird.To do this for a spring action between the electrodes To improve the gas cushion, the use of Recommend features according to claim 4. Here is ver Enlargement of the space available for the upholstery its flexibility increases. This allows the Reso Set the frequency in the desired range and thus the Sensors or transducers in their mode of operation to the desired Adapt the insert for a distance warning system. The Her Etching out small parts of the electrode is from the circuit board tent technology known per se and should not be described in more detail here be written. It is important that in addition to the electrode for the ultrasonic transmitter or ultrasonic receiver (hereinafter often referred to as an ultrasonic transducer) the conductive Coating of the counter body or one used there Printed circuit board also electrical leads and contact fields can record, as will be explained below.

Als die zweite Elektrode tragender massiver Gegenkörper kann sich eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 empfehlen. Dabei wird z. B. ein Bereich eines Kunststoffanbauteils, welches auf das Karosserieblech oder auf ein Kunststoffzubehörteil aufsetzbar ist, selbst als Gegenkörper verwendet, wobei al lerdings noch für die Beschichtung durch Befestigen einer mit einer leitenden Schicht versehenen Leiterplatte bzw. durch Aufbringen oder Aufspritzen einer leitenden Schicht gesorgt werden muß. Der Gegenkörper kann aber auch direkt in das Kunststoffzubehörteil eingefügt sein.As a solid counter body supporting the second electrode recommend a design according to claim 5. Here z. B. an area of a plastic attachment, which on the body panel or on a plastic accessory is attachable, even used as a counter body, al but still for the coating by attaching one circuit board provided with a conductive layer or by applying or spraying on a conductive layer must be taken care of. The counter body can also directly in the plastic accessory must be inserted.

Als Kunststoffzubehörteil kommen Stoßfänger, Stoßleisten, Spoiler, Nummernschildträger, Seitenschutzleiste oder ähnli che Kunststoffteile in Frage, die auch nachrüstbar ausge staltet sein können. Gemäß der Merkmalskombination nach An spruch 6 können aber auch Teile von diesen Zubehörteilen als Kunststoffanbauteile eingesetzt werden, die den Ultraschall wandler tragen und dann auf das Kunststoffteil bzw. Kunst stoffzubehörteil aufgesetzt und durch Verkleben bzw. Verra sten befestigt werden.Bumpers, bumper strips, Spoiler, license plate holder, side protection strip or similar che plastic parts in question, which can also be retrofitted can be designed. According to the combination of characteristics according to An saying 6 can also parts of these accessories as Plastic attachments are used, the ultrasound wear transducer and then on the plastic part or art attached fabric accessory and by gluing or Verra be attached.

Statt mit einer Leiterplatte wie weiter oben beschrieben, kann der Gegenkörper entsprechend den Merkmalen nach An spruch 8 vorteilhaft auch mit einer Leiterfolie versehen sein, durch welche nicht nur die zweite Elektrode mit mögli chen Ausnehmungen für das Gaspolster gebildet wird, sondern die Leiterfolie kann auch Verstärker, Aussteuerschaltungen, Signalauswertung und andere elektronische Baugruppen auf nehmen.Instead of using a printed circuit board as described above, can the counter body according to the characteristics of An Proverb 8 advantageously also provided with a conductor film through which not only the second electrode with poss Chen recesses for the gas cushion is formed, but the conductor foil can also include amplifiers, control circuits, Signal evaluation and other electronic assemblies to take.

Der so gebildete im wesentlichen aus Membran und Gegenkörper bestehende Ultraschallwandler läßt sich mit dem Kunststoff zubehörteil bzw. -anbauteil vergießen, wobei man als Verguß masse bevorzugt einen elastischen Kunststoff verwenden wird, welcher den Wandler gegenüber dem Kunststoffanbauteil si chert, gleichzeitig aber auch Ultraschall überträgt. Man kann aber auch entsprechend der Merkmalskombination nach Anspruch 9 vorgehen, indem man aus der Leiterfolie und der Membran einen sogenannten Folienwandler bildet, in dem diese beiden Baugruppen in einem ersten Schritt miteinander ver eint sind. Dieser Folienwandler kann dann entsprechend der Merkmalskombination nach Anspruch 9 mittels eines elasti schen Kunststoffmaterials mit dem Kunststoffbauteil vergos sen werden und so in dieses integriert werden. Dabei ist wichtig, daß die Leiterfolie fest mit dem starren Kunst stoffbauteil verankert ist, um hier die notwendige Steifig keit der Gegenelektrode durch eine enge Verbindung zwischen der Leiterfolie und einer Fläche des Kunststoffanbauteils erreicht wird. Im Effekt muß erreicht werden, daß die zweite Elektrode bei den zwischen den Elektroden auftretenden er wünschten Wechselkräften weitgehend unbeweglich bleibt, wäh rend die Membran die aufgrund der Kräfte sich ergebenden Bewegungen in Form von Schwingungen durchführt.The so formed essentially from membrane and counter body Existing ultrasonic transducers can be made with the plastic shed accessory or attachment, using a potting mass will preferably use an elastic plastic, which si the converter compared to the plastic attachment but also transmits ultrasound. Man can also according to the combination of features Claim 9 proceed by using the conductor foil and the Membrane forms a so-called film converter, in which this ver in a first step are one. This film converter can then according to the Combination of features according to claim 9 by means of an elasti potted plastic material with the plastic component will be integrated into it. It is important that the conductor film firmly with the rigid art is anchored to provide the necessary rigidity counter electrode through a close connection between the conductor foil and a surface of the plastic add-on part is achieved. In effect, the second must be achieved Electrode in those occurring between the electrodes desired alternating forces remains largely immobile, wäh rend the membrane resulting from the forces Performs movements in the form of vibrations.

Das elastische Kunststoffmaterial ist aber in der Lage, die Membran abzudichten und eine gewisse Schildwirkung aus zu üben, die die auf das Kunststoffanbauteil ausgeübten von außen kommenden Kräfte von der Membran weitgehend fernhält.The elastic plastic material is able to Seal membrane and a certain shielding effect from practice that of those exercised on the plastic attachment largely keeps external forces away from the membrane.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Folienwandler, der u. U. auch fremd bezogen werden kann, in Form einer Sand wichbauweise auf eine Leiterfolie aufzubringen, welche wie derum wie weiter oben schon erläutert, dann die elektroni schen Baugruppen trägt. Die elektrischen Verbindungen können dann durch an sich bekannte Durchkontaktierungsformen erfol gen. Ein wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Wand lers besteht auch darin, daß die Leiterfolie unabhängig, ob sie nun mit einem kompletten Folienwandler vereint wird oder selbst die zweite Elektrode sowie die elektrischen Baugrup pen trägt, zusätzlich noch mit elektrischen Leitungen zur Spannungsversorgung und zum Informationsaustausch versehen werden kann. Zusätzlich läßt sich in die Leiterfolie ein Kontaktfeld ggf. mit Anschlußsteckern integrieren, über wel che die für den Wandler benötigten Leitungen mit durch das Kraftfahrzeug geführten Verbindungsleitungen mittels einer oder mehrerer Stecker verbunden werden können. Auf diese Weise wird in dem Kunststoffanbauteil der erfindungsgemäße Wandler steckfertig integriert, wobei er aufgrund seines flachen Aufbaus auch für Kunststoffanbauteile geeignet ist, welche eine entsprechend der Außenhaut des Fahrzeugs ge krümmte Oberfläche besitzt. Die hinsichtlich des Wandlers mögliche gekrümmte flache Form kann unabhängig von der Form gebung des Kunststoffanbauteils zur Erzeugung bestimmter Strahlungsfelder für den abzusendenden Ultraschall ausge wertet werden. Entsprechendes gilt für das Empfangsfeld ei nes derartigen Wandlers. Das Kunststoffanbauteil kann auf ein Kunststoffteil am Fahrzeug, auf ein nachrüstbares Zube hörteil oder aber auch auf die Karosserie aufgeklebt werden oder in einer anderen Form beispielsweise durch Verrasten befestigt werden. Das Kunststoffanbauteil selber kann aber auch ein komplettes nachrüstbares Kraftfahrzeugzubehörteil oder ein zur Originalausrüstung gehörendes komplettes Kunst stoffteil sein, welches an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Die Erfindung läßt sich daher wie folgt kurz zusammen fassen:
Vorgeschlagen wird ein Ultraschallsensormodul, das nicht im, sondern auf dem Stoßfänger oder sonstigen Karosserieteilen befestigt wird.Another possibility is to use a foil converter that U. can also be obtained from third parties, in the form of a sandwich, to apply to a conductor foil, which, as explained above, then carries the electronic components. The electrical connections can then be carried out by means of through-contact forms known per se. A major advantage of the wall lers described here is also that the conductor foil, regardless of whether it is combined with a complete foil converter or even carries the second electrode and the electrical assemblies , can also be provided with electrical cables for power supply and information exchange. In addition, a contact field can optionally be integrated into the conductor foil with connecting plugs, via which the lines required for the converter can be connected to connecting lines routed through the motor vehicle by means of one or more plugs. In this way, the converter according to the invention is integrated in the plastic add-on part ready for plug-in, and because of its flat construction it is also suitable for plastic add-on parts which have a curved surface corresponding to the outer skin of the vehicle. The curved flat shape that is possible with regard to the transducer can be evaluated independently of the shape of the plastic add-on part to generate certain radiation fields for the ultrasound to be emitted. The same applies to the reception field of such a converter. The plastic attachment can be glued to a plastic part on the vehicle, to a retrofittable accessory or to the body or attached in a different form, for example by locking. The plastic add-on part itself can also be a complete retrofittable motor vehicle accessory part or a complete plastic part belonging to the original equipment, which is attached to the vehicle body. The invention can therefore be briefly summarized as follows:
An ultrasonic sensor module is proposed, which is not attached in, but on the bumper or other body parts.

Dies wird erreicht durch die Verwendung eines LEUT (Lamina ted Electrostatic Ultrasonic Transducer), der zusammen mit der notwendigen Elektronik in ein Anbauteil integriert ist. Alle Funktionen können dabei so weit integriert sein, daß nach außen als elektrischer Anschluß nur noch Spannungsver sorgung und ein Busanschluß erforderlich sind.This is achieved by using a LEUT (Lamina ted Electrostatic Ultrasonic Transducer), which together with the necessary electronics is integrated in an attachment. All functions can be integrated so far that to the outside as electrical connection only voltage ver supply and a bus connection are required.

Dabei kann es sich z. B. um eine Gummischutzleiste am Stoß fänger, um eine Seitenschutzleiste an den Türen oder z. B. den Nummernschildträger handeln.It can be z. B. a rubber protective strip on the joint catcher to a side protection strip on the doors or z. B. act the license plate holder.

Verbessert wird besonders ein Parkhilfesystem durch folgende Vorteile: einfache Integration (kein Eingriff in Stoßfänger- Konstruktion erforderlich), einfache Montage (z. B. selbst klebend), Preisvorteil gegenüber heutigem System, Funktions einheit in sich geschlossen, geringe Bautiefe, Anbau an Ka rosserieteile (Türen/Heckklappe etc.) möglich, einfach nach rüstbar, Sensorintegration nicht sichtbar.A parking aid system is particularly improved by the following Advantages: easy integration (no intervention in the bumper Construction required), easy assembly (e.g. yourself adhesive), price advantage over today's system, functional unit self-contained, shallow depth, attachment to Ka Rossi parts (doors / tailgate etc.) possible, simply after upgradeable, sensor integration not visible.

Es wird ein elektrostatischer Folienwandler verwendet. Die ser Folienwandler wird in Sandwichbauweise z. B. auf eine flexible Leiterfolie aufgebracht. Auf dieser Leiterfolie befindet sich die Verstärker- und Ansteuerschaltung sowie die Signalauswertung (z. B. in Form eines ASIC). Die Bus schnittstelle kann sich ebenfalls auf dieser Leiterfolie befinden. Eine Schicht dieser Folie kann auch als Abschir mung dienen.An electrostatic foil converter is used. The This film converter is in sandwich construction z. B. on a flexible conductor foil applied. On this conductor foil is the amplifier and control circuit as well the signal evaluation (e.g. in the form of an ASIC). The bus Interface can also be found on this conductor film are located. A layer of this film can also be used as a shield serve.

Dieses Sensormodul wird nun in ein Karosserieanbauteil inte griert, beispielsweise durch Umgießen mit einem elastischen Kunststoffmaterial, so daß eine Schutzleiste entsteht, die in vorteilhafter Weise mittels eines Doppelklebebands auf den Stoßfänger geklebt wird. Solche Kantenschutzleisten sind als Originalausrüstung oder im Zubehörhandel für verschiede ne Fahrzeuge erhältlich (z. B. Ford Galaxy) und sind vom An bauort gut für die Unterbringung von Parkhilfesensoren ge eignet. Zur elektrischen Verbindung ist nur ein kleines Loch zur Kabeldurchführung erforderlich, das später vom Anbauteil verdeckt wird.This sensor module is now integrated into a body add-on part griert, for example by casting around with an elastic Plastic material, so that a protective strip is created in an advantageous manner by means of double-sided adhesive tape the bumper is glued. Such edge protection strips are as original equipment or in the accessories trade for various ne vehicles available (e.g. Ford Galaxy) and are from the An Good location for housing parking assist sensors is suitable. There is only a small hole for the electrical connection required for cable entry, which is later from the attachment is covered.

Claims

1. Ultrasonic transmitter and / or receiver (transducer) for a distance warning system for vehicles, in particular motor vehicles, characterized in that the transducer designed as a transmitter and / or receiver are designed as capacitive or electrostatic ultrasonic transducers.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the first electrode of the transducer through a light membrane and the second electrode by a comparatively massive counter body is formed, both the Mem bran as well as the massive counter body an electric have conductive layer.

3. Converter according to claim 2, characterized in that it has a metallized plastic film as the membrane.

4. Converter according to claim 2 or 3, characterized in that between the membrane and coating of the massive Ge body is a gas cushion, whereby to increase compliance the coating of the massive Counter body recesses formed by etching out has through which the space for the locking pad ver is larger.

5. Converter according to one of claims 2 to 4, characterized ge identifies that the massive counter body is a district of the body panel or an area of an accessory partly or plastic attachment on a motor vehicle includes.

6. Converter according to claim 5, characterized in that the Plastic attachment through a bumper, a bump molding, a spoiler, a license plate holder, one Door protection strip or a side protection strip or one Part of these assemblies is formed or with these connected is.

7. Converter according to claim 5 or 6, characterized in that the plastic attachment on the outer surface of the Vehicle can be snapped on or glued.

8. Converter according to one of claims 6 or 7, characterized ge indicates that the massive counter body with a Conductor foil is provided on the next to the second Electrode electrical assemblies such as amplifiers, control circuit, signal evaluation are arranged.

9. Converter according to claim 5 and one of the preceding Claims 1 to 8, characterized in that it with a capacitive or electrostatic film converter is provided, which by means of an elastic art potted material with the plastic component and is integrated into this.

10. Converter according to claim 9, characterized in that the Foil converter on one to accommodate electronic construction group-serving flexible conductor film is applied.

11. Converter according to claim 9 or 10, characterized in that voltage supply and / or information transmission lines are located and the plastic add-on part has a connection panel, via which connections made by the motor vehicle the lines can be connected.

12. Converter according to one of the preceding claims, there characterized in that the plastic attachment on the body panel or a plastic assembly is adhesive.