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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung für elektronische Einparkhilfen umfassend Mittel zum Senden/Empfangen von Ultraschallimpulsen, mit mit diesen Mitteln zusammenwirkenden Ultraschallwandlern, mit wenigstens einem mit den Ultraschallwandlern in Wirkverbindung stehenden elektronischen Steuergerät und mit Mitteln zur Übertragung der Ultraschallsignale vom und zum Steuergerät. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtungen für die Verwendung bei einem Kraftfahrzeug.
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Es sind Abstandsmessungen an Kraftfahrzeugen mit Ultraschall in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, so z. B. aus der
DE 198 21 929 A1 oder auch der
DE 195 28 474 A1 . Die bekannten Abstandsmessungen mit Ultraschall werden zur Realisierung elektronischer Einparkhilfen verwendet, wobei sie entweder nur im Heckbereich oder im Heckbereich sowie im Frontbereich des Kraftfahrzeuges montiert werden. Bei den bekannten Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtungen für elektronische Einparkhilfen werden die Ultraschallimpulse direkt über Ultraschallwandler zur Fahrzeugumgebung ein- bzw. ausgekoppelt, die z. B. bidirektional als Ultraschallsender und Ultraschallempfänger ausgebildet sein können, und/oder mit separaten Ultraschallsendern (Lautsprecherprinzip) und separaten Ultraschallempfängern (Mikrophonprinzip) ausgebildet sein können. Die elektrischen Ultraschallwandler werden z. B. über Halter in Stoßfänger oder Spoiler montiert und senden direkt Ultraschallimpulse an die zu messende Umgebung und/oder empfangen direkt die reflektierten Ultraschallimpulse. Die Signalübertragung zum und/oder vom Wandler zum elektronischen Steuergerät, das im allgemeinen im Fahrzeuginnenraum sitzt und die elektrische Ansteuerung der Sendeimpulse und die Auswertung der Empfangsimpulse realisiert, erfolgt über elektrische Leitungen. Die
1 der Zeichnung zeigt einen derartigen Aufbau.
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Die bekannten Abstandsmeßeinrichtungen für elektronische Einparkhilfen setzen also Ultraschallwandler ein, die aufgrund ihres Einbauortes vollständig wasserdicht und mechanisch robust sein müssen. Dieses und auch die wasserdichte elektrische Verbindung zum Steuergerät erfordert ein relativ großes Einbauvolumen und ist zudem sehr kostenintensiv. Weiterhin müssen diese Ultraschallwandler eine mechanische Entkopplung der Wandlermembran zu den übrigen Fahrzeugteilen besitzen, die bei den bekannten Wandlern als weichplastische Entkopplungsringe, z. B. aus einer Silikonmischung, ausgeführt werden. Hierbei entstehen sichtbare und optisch unschöne Spalte zwischen Sensormembran und Einbauort, z. B. Spoiler, siehe auch die 3 der Zeichnung. Diese Entkopplungsbereiche sind außerdem potentielle Fehlerquellen und lassen die Einparkhilfe bei ungünstigen Witterungsverhältnissen, z. B. bei Eis oder Schnee, ungenauer arbeiten. Zudem ist die Einbaurealisierung auch kostenintensiv. Das besondere Kennzeichen der bekannten Ultraschall-Sensoren ist, daß deren Schwingermembran äußerlich am Kraftfahrzeug sichtbar und zugänglich ist.
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Druckschrift
GB 2 266 369 A beschreibt eine Ultraschall-Abstandsmesseinrichtung für elektronische Parkhilfen mit einem Steuergerät, welches mit mehreren Ultraschallsende-und-empfangswandlern zusammenwirkt, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ferner wird in R. Edlinger: ”Ultraschallschranke als Einparkhilfe, Niveaumelder oder Alarmgerät”, Funkamateur 1994, Seite 306–307, eine Ultraschall-Abstandsmesseinrichtung mit einem Steuergerät beschrieben, bei der Ultraschallsende- und -empfangswandler in dem Steuergerät angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtungen für elektronische Einparkhilfen unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile in der Weise zu verbessern, daß die Einbauvolumina an den kritischen Einbausituationen reduziert werden, ebenso die Anzahl der elektrischen Verbindungsleitungen und Kontakte bzw. Steckverbinder und die gewünschte Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung soll wenig störanfällig sein. Die gewünschte Anordnung soll einfach und wirtschaftlich herstellbar und gut in den Funktionseigenschaften sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wenigstens eine Steuergerät in der Nähe der Anbringungsstellen der Mittel zum Senden/Empfangen der Ultraschallimpulse angeordnet ist, daß die Ultraschallwandler ebenfalls in der Nähe dieser Anbringungsstellen zusammen mit dem Steuergerät in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und daß die Mittel zum Senden/Empfangen von Ultraschallimpulsen und die Mittel zur Übertragung der Ultraschallsignale vom und zum Steuergerät als jeweils eine Ein-/Auskopplungsseite aufweisende Schalleiter ausgebildet sind. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird erstmalig mit einfachen Mitteln eine Reduzierung des notwendigen Einbauvolumens von Ultraschallsensoren an kritischen Einbausituationen erreicht, und zwar durch Verlagerung der elektronischen Sensoren in weniger kritische Umgebungen. Es benötigen demgegenüber die bekannten Ultraschall-Sensoren ein großes Einbauvolumen und lassen sich häufig, auch aufgrund ihrer großen Masse nur schlecht oder gar nicht an den akustisch günstigsten Orten plazieren. Die erfindungsgemäße Anordnung realisiert außerdem eine starke Reduzierung der elektromagnetischen Empfindlichkeit (EMV-Empfindlichkeit) der Ultraschall-Sensoren. Es werden die derzeit bekannten Sensoren direkt am Sensorort (Fahrzeugaußenseite, Stoßfängerabdeckung, Spoiler), der die Ultraschall-Signale sensiert, montiert und werden über z. T. sehr lange, elektrische Leitungen am elektronischen Steuergerät angeschlossen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sitzen demgegenüber die Sensoren in demselben Gehäuse wie das Steuergerät, benötigen keine langen Leitungsverbindungen und arbeiten aus EMV-Sicht wesentlich robuster. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird außerdem die Anzahl der elektrischen Verbindungsleitungen und elektrischen Kontakte/Steckverbinder reduziert, was Kosten einspart und eine Steigerung der Robustheit der Anordnung darstellt.
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Dabei sind die Schalleiter mit frequenzselektiven Bereichen abgestimmt dimensioniert, derart, dass die Schalleiter bezüglich ihres Querschnitts und ihrer Länge so dimensioniert sind, dass in einem engen Frequenzband nur Ultraschallsignale im Frequenzbereich der Sendesignale optimal übertragen werden und fremde Störanteile mit anderen Frequenzbereichen abgeschwächt werden Es ist damit möglich, in gewissen Bereichen Störungen aus den Ultraschall-Signalen herauszufiltern.
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Weitere Vorteile ergeben sich durch die erfindungsgemäße Anordnung dahingehend, daß über die Form der Ein-/Austrittsöffnung des Ultraschalls zur Fahrzeugseite eine akustische bzw. sensorische Vorzugsrichtung bzw. optimierte Sensorkeulen realisiert werden können. Weiterhin lassen sich die Schalleiter über eine Variation von Länge und Querschnitt mit frequenzselektiven Bereichen derart abstimmen, daß nur die Arbeitsfrequenzen und keine Fremdfrequenzen optimal überträgen werden, d. h. es können somit in gewissen Bereichen Störungen ausgefiltert werden. Im weiteren ergibt sich durch die Integration der Ultraschall-Wandler gemeinsam mit dem Steuergerät in einem Gehäuse neben einer Steigerung der elektrischen Robustheit der Vorteil, daß die Ultraschall-Sensoren nicht wie bisher mechanisch robust und wasserdicht sein müssen, sondern vereinfacht und weitgehend ungeschützt im gemeinsamen Gehäuse eingebaut werden können. Es entstehend hierdurch signifikante Kosteneinsparungen. Die erfindungsgemäße Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß aufgrund der Verlagerung der Ultraschall-Wandler keine Entkopplungsringe mehr zur Vermeidung von Schwingungs-Einkopplungen aus den Fahrzeugbauteilen oder zur Dämpfung der Sensormembran und/oder -spalte, wie bei den bekannten Ultraschall-Wandlern mehr benötigt werden. Es lassen sich darum die Schall-Ein- und -austrittsflächen optisch angenehmer gestalten.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zusammen mit dem Steuergerät untergebrachten Ultraschall-Wandler als bidirektionale Sende- und Empfangswandler ausgebildet.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zusammen mit dem Steuergerät untergebrachten Ultraschall-Wandler als unidirektionale Sender und/oder Empfänger ausgebildet.
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Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der vorliegenden Erfindung sind die Ultraschall-Wandler auf einer Leiterplatte des Steuergerätes angeordnet. Es ist dies eine konstruktiv einfache Realisierungsmöglichkeit. Es sind dabei zweckmäßig die Ultraschall-Wandler untereinander mit akustischen Entkopplungen versehen.
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Die Schalleiter der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung können zweckmäßig schlauchförmig ausgebildet sein. Es empfiehlt sich dabei, daß die Schalleiter zur Schalleitung ein gasförmiges Medium aufweisen. Alternativ dazu können die Schalleiter zur Schalleitung auch ein flüssiges, gelartiges oder ein festes Medium aufweisen, wobei im letztgenannten Falle es sich empfiehlt, daß der Schalleiter eine dämpfungsmindernde Innenbeschichtung aufweist. Es dient diese zur Dämpfung der bei Festkörpern zusätzlich auftretenden Querkontraktionen. Die Ultraschall-Wandler können an dem Steuergerät zweckmäßig fest montiert angebracht sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, daß die Ultraschall-Wandler an dem Steuergerät steckbar angebracht sind.
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Es empfiehlt sich, daß die Schalleiter an der Ein-/Auskopplungsseite zum Schutz gegen Fremdpartikel eine Abdeckung aufweisen. Diese Abdeckung kann z. B. als schließende Membran, als siebartige Abdeckung oder als luftdurchlässige, aber wasserdichte Folie ausgebildet sein.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schalleiter als Mittel zur Ein-/Auskopplung der Ultraschall-Signale für einen Ultraschall-Wandler mit, Sensormembran ausgebildet. Es ist also zwischen Fahrzeugaußenseite und dem Ultraschall-Wandler zur akustischen Ankopplung ein Schalleiter eingesetzt.
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Nach einem letzten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zur Festlegung des Schalleiters an der Fahrzeugaußenseite eine das Schalleiterende aufnehmende, an der Fahrzeugaußenseite anbringbare Halterung vorgesehen. Mit diesen Mitteln kann der entsprechende Schalleiter in einfacher Weise an der Fahrzeugaußenseite befestigt werden.
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Die Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine weggebrochene Teil-Seitenansicht eines im Spoiler eines Kraftfahrzeuges eingebauten Ultraschall-Sensoren gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine schematische, weggebrochene Teil-Seitenansicht eines an einem Spoiler angebrachten Ultraschall-Wandlers gemäß dem Stand der Technik,
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4 die schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung,
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5 die schematische Darstellung der in einem Gehäuse zusammengefaßten Ultraschall-Wandler und Steuergerät mit angedeuteten dazugehörigen Schalleitern,
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6 eine schematische weggebrochene Teil-Seitenansicht der Ein-/Auskoppfungsseite des Schalleiters der erfindungsgemäßen Anordnung,
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7 eine schematische Teil-Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung.
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Die erfindungsgemäße Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung ist generell mit 10 bezeichnet. Sie ist für elektronische Einparkhilfen, insbesondere für eine Verwendung bei Kraftfahrzeugen vorgesehen. Die Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10 umfaßt, siehe insbesondere die 4 sowie auch die 1 (Stand der Technik) der Zeichnung, Mittel 11 zum Senden/Empfangen von Ultraschall-Impulsen, mit diesen Mitteln 11 zusammenwirkende Ultraschall-Wandler 12, wenigstens ein mit den Ultraschall-Wandlern 11 in Wirkverbindung stehendes elektronisches Steuergerät 13 und Mittel 14 zur Übertragung der Ultraschallsignale von und zu dem Steuergerät 13.
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Die 1 der Zeichnung zeigt eine Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik. In diesem Falle werden die Ultraschall-Impulse direkt über Ultraschall-Wandler 12 zur Fahrzeugumgebung ein- bzw. ausgekoppelt. Die elektrischen Ultraschall-Wandler 12 werden, siehe die 2 und 3 der Zeichnung, über Halterungen 21 im Stoßfänger oder, wie dargestellt, im Spoiler 23 angebracht und senden direkt Ultraschall-Impulse an die zu messende Umgebung und/oder empfangen direkt die reflektierten Ultraschall-Impulse. In den 2 und 3 ist außerdem jeweils ein mit 25 bezeichneter Entkopplungsring dargestellt und in 3 eine zum Steuergerät führende Steckverbindung 26. Die Mittel 14 für die Übertragung der Ultraschallsignale vom oder zum Steuergerät 13 erfolgt über elektrische Leitungen, wobei dieses Steuergerät 13 im allgemeinen im Fahrzeuginnenraum sitzt und die elektrische Ansteuerung der Sendeimpulse und die Auswertung der Empfangsimpulse realisiert.
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Im Unterschied dazu ist bei der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10, siehe insbesondere die 4 der Zeichnung, das wenigstens eine Steuergerät 13 in der Nähe der Anbringungsstellen 15 der Mittel 11 zum Senden/Empfangen der Ultraschall-Impulse angeordnet. Weiterhin sind die Ultraschall-Wandler 12 ebenfalls in der Nähe dieser Anbringungsstellen 15 zusammen mit dem Steuergerät 13 in einem gemeinsamen Gehäuse 16 untergebracht und die Mittel 11 zum Senden/Empfangen von Ultraschall-Impulsen und die Mittel 14 zur Übertragung der Ultraschallsignale von und zum Steuergerät sind als jeweils eine Ein-/Auskopplungsseite 18 aufweisende Schalleiter 17 ausgebildet. In 4 ist dazu auch eine Stoßfängerabdeckung 22 mit Stoßleiste 24 dargestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10 können die zusammen mit dem Steuergerät 13 in einem Gehäuse 16, siehe auch die 5 der Zeichnung, untergebrachten Ultraschall-Wandler 12 als bidirektionale Sende- und Empfangswandler ausgebildet sein. Es ist aber alternativ oder ergänzend auch möglich, daß die zusammen mit dem Steuergerät 13 untergebrachten Ultraschall-Wandler 12 als unidirektionale Sender (z. B. auf Piezo-Basis) und/oder Empfänger (z. B. auf Piezo-Basis oder auch als Kondensatormikrophon, z. B. Elektretmikrophon) ausgebildet sind. In der 5 sind die elektronischen Komponenten zur Ansteuerung der Wandler und Auswertung der Empfangssignale generell mit 27 bezeichnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Ultraschall-Wandler 12 auf einer Leiterplatte des Steuergerätes 13 angeordnet sein. Die Ultraschall-Wandler 12 können dabei untereinander mit akustischen Entkopplungen versehen sein. Die Schalleiter 17 werden bevorzugt schlauchförmig ausgebildet sein und zur Schalleitung ein gasförmiges Medium aufweisen. Die Schalleiter 17 können zur Schalleitung aber auch ein flüssiges, gelartiges oder ein festes Medium aufweisen, wobei im letztgenannten Fall der Schalleiter 17 bevorzugt eine dämpfungsmindernde Innenbeschichtung aufweist.
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Die Ultraschall-Wandler 12 können an dem Steuergerät 13 fest montiert angebracht sein. Alternativ dazu können die Ultraschall-Wandler 12 an dem Steuergerät 13 steckbar angebracht sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 6 der Zeichnung weisen die Schalleiter 17 an der Ein-/Auskopplungsseite 18 zum Schutz gegen Fremdpartikel eine Abdeckung 19 auf. Diese Abdeckung 19 kann z. B. als schließende Membran, als siebartige Abdeckung oder auch als luftdurchlässige, aber wasserdichte Folie (poröse Teflonfolie, Goretex, PTFE, ...) ausgebildet sein.
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Die Schalleiter 17 sind mit frequenzselektiven Bereichen abgestimmt dimensioniert, derart, daß nur die Arbeitsfrequenzen und nicht die Fremdfrequenzen optimal übertragen werden. Die Schalleiter 17 werden dabei bezüglich ihres Querschnitts und ihrer Länge so dimensioniert, daß innerhalb der Schalleiter 17 einerseits keine störenden Interferenzen, stehende Wellen usw. auftreten können und andererseits aufgrund von Resonanzwirkungen eine selektive Wirkung in der Art auftritt, daß im engen Frequenzband nur Ultraschallsignale im Frequenzbereich der Sendesignale optimal während der Empfangsphase an die elektrischen Ultraschall-Wandler 12 im Steuergerät 13 übertragen werden, eventuell auftretende fremde Störanteile mit anderen Frequenzbereichen werden dabei abgeschwächt.
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Bei dem in der 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung ist der Schalleiter 17 als Mittel zur Ein-/Auskopplung der Ultraschallsignale für einen Ultraschall-Wandler 12 mit Sensormembran 20 ausgebildet. Zwischen Fahrzeugaußenseite und dem Ultraschall-Sensor 12 ist also zur akustischen Ankopplung ein Schalleiter 17 ausgebildet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 6 der Zeichnung sind zweckmäßig die Schalleiter 17 über eine das Schalleiterende aufnehmende, an der Fahrzeugaußenseite anbringbare Halterung 21 an der Fahrzeugaußenseite befestigt.
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Die erfindungsgemäße Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10 für Einparkhilfen, insbesondere für eine Verwendung bei Kraftfahrzeugen kann ausschließlich mit Ultraschall-Wandlern 12 mit Schalleitern 17 verwendet werden, oder gemischt mit den bekannten Ultraschall-Wandlern mit Sende- und Empfangsfunktion oder gemischt mit den bekannten Ultraschall-Wandlern mit separaten Sende- und/oder Empfangsfunktionen.
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Durch die erfindungsgemäße Verlagerung der elektronischen Ultraschall-Wandler in weniger kritische Umgebungen wird eine wesentliche Reduzierung des notwendigen Einbauvolumens erreicht, und somit auch eine bessere Plazierung der die Ultraschallsignale aufnehmenden oder abgebenden Ein- und Auskopplungsmittel an den akustisch günstigsten Orten. Weiterhin werden keine langen Leitungsverbindungen benötigt, woraus eine starke Reduzierung der EMV-Empfindlichkeit resultiert, außerdem wird durch das Reduzieren der Anzahl elektrischer Verbindungsleitungen und elektrischer Kontakte bzw. Steckverbinder eine Einsparung von Kosten und eine Steigerung der Robustheit der Anlage erreicht.
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Über die Form der Ein-/Austrittsöffnung des Schalleiters 17 zur Fahrzeugseite kann eine akustische bzw. sensorische Vorzugsrichtung bzw. optimierte Sensorkeulen realisiert werden. Über die Länge und den Querschnitt des Schalleiters 17 können über die Ausnutzung physikalischer Resonanzen Schalleiter 17 mit frequenzselektiven Bereichen abgestimmt werden, die nur die Arbeitsfrequenzen und keine Fremdfrequenzen optimal übertragen und somit in gewissen Bereichen Störungen ausfiltern können.
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Es ergibt sich durch die Integration der Ultraschall-Wandler 12 gemeinsam mit dem Steuergerät 13 in einem Gehäuse 16 neben der Steigerung der elektrischen Robustheit der Vorteil, daß die Ultraschall-Wandler 12 nicht wie bisher mechanisch robust und wasserdicht ausgebildet sein müssen, sondern es können diese vereinfacht und weitgehend ungeschützt im gemeinsamen Gehäuse 16 eingebaut werden. Hierdurch entstehen weitere signifikante Kosteneinsparungen.
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Durch die zusätzliche Wegstrecke des Ultraschall-Wandlers 12 und den damit verbundenen längeren Schallaufzeiten können die Nahbereiche des Fahrzeuges besser detektiert werden, da die üblichen Nachschwingzeiten der Sensormembranen 20 derzeitiger Ultraschall-Wandler 12 durch die zusätzliche Laufzeit weitgehend kompensiert wird.
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Außerdem werden nunmehr keine Entkopplungsringe zur Vermeidung von Schwingungs-Einkopplungen aus den Fahrzeugbauteilen oder zur Dämpfung der Sensormembran und/oder -spalte wie bei den bekannten Ultraschall-Wandlern 12 mehr benötigt. Es lassen sich deshalb die Schall-Ein- und -austrittsflächen optisch angenehmer gestalten. Die akustische Ankopplung des Ultraschall-Wandlers 12 an die Fahrzeugaußenseite kann dabei in flexiblen Formen erfolgen, sie kann z. B. rund, eckig oder oval erfolgen und erleichtert somit eine Designabstimmung.
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Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, diese ist nicht darauf beschränkt, es sind vielmehr noch mancherlei Abänderungen und Ausbildungen möglich. So kann die erfindungsgemäße Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung 10 insbesondere bei anderen als den dargestellten Stoßfängerabdeckungen eingesetzt werden. Weiterhin vorgesehen sind beliebige Abwandlungen der Schalleiter 17 und der damit in Wirkverbindung stehenden, mit dem Steuergerät 13 in einem Gehäuse 16 untergebrachten Ultraschall-Wandler 12 hinsichtlich Anzahl und Anordnung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtung
- 11
- Mittel zum Senden/Empfangen von Ultraschall-Impulsen
- 12
- Ultraschall-Wandler
- 13
- Steuergerät
- 14
- Mittel zur Übertragung der Ultraschallsignale von und zum Steuergerät
- 15
- Anbringungsstellen (von 11)
- 16
- Gehäuse
- 17
- Schalleiter
- 18
- Ein-/Auskopplungsseite (von 17)
- 19
- Abdeckung (von 17, 18)
- 20
- Sensormembran (von 12)
- 21
- Halterung (für 17)
- 22
- Stoßfängerabdeckung
- 23
- Spoiler
- 24
- Stoßleiste
- 25
- Entkopplungsring
- 26
- Steckverbindung
- 27
- Elektronik
