DE102015211539A1

DE102015211539A1 - Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung

Info

Publication number: DE102015211539A1
Application number: DE102015211539.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dehlink; Oliver Wick
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte soll eine verbesserte, insbesondere vereinfachte, variablere und weniger störanfällige, Überwachung des Fahrzeugumfelds ermöglicht werden. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Ultraschallsensoranordnung einen an einer Außenfläche des Kraftfahrzeugs angeordneten zumindest eine Sensorfolie umfassenden piezoelektrischen Foliensensor umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte.
Ein solches Kraftfahrzeug ist heute vielfach bekannt. Moderne Kraftfahrzeuge können eine Reihe von Ultraschallsensoren aufweisen, welche gemeinsam eine Ultraschallsensoranordnung bilden. Die Ultraschallsensoren können beispielsweise in oder an den vorderen und hinteren Stoßfängern sowie den Kotflügeln des Kraftfahrzeugs angebracht sein. Mittels der Ultraschallsensoren lassen sich Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfassen. Hierdurch werden Assistenzsysteme des Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eine Einparkhilfe oder ein Bordsteinwarner ermöglicht. Der Einsatz von Ultraschallsensoren zur Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte ist auch deswegen besonders nützlich, weil solche Objekte für den Fahrer nicht oder nur eingeschränkt sichtbar sein können.
Bei den bekannten Ultraschallsensoranordnungen werden Ultraschallsensoren in der Regel in Aussparungen der Fahrzeugaußenfläche untergebracht, so dass ihre Außenfläche bündig mit der Fahrzeugaußenfläche abschließt. Die Ultraschallsensoren umfassen in der Regel wasserdichte Gehäuse, in denen eine Membran, ein Ultraschallwandler und die Sensorelektronik angeordnet sind. Von außen sind die Oberflächen der Ultraschallsensoren sichtbar.
DE 10 2013 211 593 A1 lehrt einen Aufbau eines Ultraschallsensors, der versteckt hinter einer als Membran fungierenden Außenhaut eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann.
DE 10 2012 201 055 A1 beschreibt eine Anordnung zum Erzeugen und Detektieren von Ultraschallwellen. Die Anordnung umfasst eine piezoelektrische Schicht als Wandlerelement.
DE 102 57 125 A1 beschreibt eine Sicherheitseinrichtung eines Personenkraftwagens. Dabei ist vorgesehen, dass ein piezoelektrischer Foliensensor an der Fronthaube des PKW befestigt ist. Der Foliensensor dient der Erfassung eines Aufpralls beispielsweise eines Fußgängers auf die Fronthaube.
DE 10 2004 051 638 A1 betrifft ein Sicherheitssystem zum Einsatz in Kraftfahrzeugen. Das Sicherheitssystem kann Piezosensoren, beispielsweise piezoelektrische Kunststofffolien, die fahrzeuginnenseitig an einem Blech eines Fahrzeugbauteils angeordnet werden können. Das Sicherheitssystem ist eingerichtet, Schäden, Spannungen oder Vibrationen an dem Fahrzeugbauteil zu erfassen.
Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung anzugeben, das eine verbesserte, insbesondere vereinfachte, variablere und weniger störanfällige, Überwachung des Fahrzeugumfelds ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoranordnung einen an einer Außenfläche des Kraftfahrzeugs angeordneten zumindest eine Sensorfolie umfassenden piezoelektrischen Foliensensor umfasst.
Piezoelektrische Foliensensoren weisen einen piezoelektrischen Werkstoff auf, können also als elektromechanische Wandler eingesetzt werden. Im Sensorbetrieb wird dabei der piezoelektrische Effekt ausgenutzt. Wird der Sensor einer mechanischen Kraft ausgesetzt, so ändert sich die elektrische Polarisation des Sensorwerkstoffs, so dass eine elektrische Spannung auftritt. Diese kann mittels an dem piezoelektrischen Foliensensor angeordneter Elektroden abgegriffen und gemessen werden. Im Aktuatorbetrieb wird der inverse piezoelektrische Effekt ausgenutzt. Dabei wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, woraufhin sich der Foliensensor verformt und akustische Wellen emittiert. Bei einer elektrischen Anregung im kHz-Bereich werden Schallwellen im gleichen Frequenzbereich (sowie Oberwellen) von dem Foliensensor abgestrahlt. Piezoelektrische Werkstoffe sind anisotrop, das heißt, ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften variieren je nach Richtung der angreifenden Kraft, Dehnung und / oder des elektrischen Feldes.
Die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Begriffe Sensor, Ultraschallsensoranordnung, Ultraschallsensor, Foliensensor und Sensorfolie sind stets so auszulegen, dass ein Sensorbetrieb und ein Aktuatorbetrieb umfasst sein können. Insbesondere soll der Begriff Sensor als solches sowie in Wortzusammensetzungen ein Bauteil umfassen, das Schallwellen emittieren und / oder empfangen kann.
Piezoelektrische Foliensensoren sind flächige Bauelemente, weisen also eine geringe Ausdehnung in Querschnittsrichtung (Tiefe) auf, wohingegen ihre Form und Größe in den Flächenrichtungen (Länge, Breite) weitgehend frei von Einschränkungen gewählt werden kann. Piezoelektrische Foliensensoren lassen sich auch in dreidimensionaler Form herstellen, also als Folien an dreidimensionale Flächen beliebiger Gestalt anpassen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich besonders gut zur Anordnung an der Außenfläche des Kraftfahrzeugs, da sich ihre Form weitgehend frei wählen lässt, sie keinen nennenswerten Platzbedarf haben und sie sich daher ohne nennenswerte Designbeeinträchtigung an der Außenfläche des Kraftfahrzeugs anordnen lassen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des piezoelektrischen Foliensensors an der Außenfläche des Kraftfahrzeugs gelingt es, den durch die Ultraschallsensoranordnung abgedeckten Überwachungsbereich um das Fahrzeug nach Bedarf zu gestalten. Beispielsweise kann ein möglichst großer und lückenloser Überwachungsbereich abgedeckt werden, indem seitliche Teile der Außenfläche des Kraftfahrzeugs zu großen Teilen mit Sensorfolien des piezoelektrischen Foliensensors bedeckt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Robustheit gegenüber geringen Verformungen, beispielsweise kleineren Dellen in der Fahrzeugaußenfläche. Es kann vorgesehen sein, dass eine Auswerte- und Steuerelektronikeinheit der Ultraschallsensoranordnung eine Kalibrierungsfunktionalität aufweist, mittels derer eine dauerhafte Auswirkung einer solchen mechanischen Verformung des Foliensensors auf die Stell- und / oder Messgrößen des Foliensensors erfasst und kompensiert werden kann.
In bevorzugter Weiterbildung besteht zumindest eine Sensorfolie des piezoelektrischen Foliensensors zumindest teilweise aus Polyvinylidenfluorid (PVDF). Hochpolarisiertes PVDF weist einen besonders starken piezoelektrischen Effekt auf und ist daher für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung besonders geeignet.
Mit weiterem Vorteil kann zumindest eine Sensorfolie des piezoelektrischen Foliensensors zwischen der Außenfläche des Kraftfahrzeugs und einer Lackschicht des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Foliensensor von außen vollständig durch die Lackschicht verdeckt ist und somit die äußere Gestalt des Kraftfahrzeugs nicht beeinträchtigt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zumindest eine Sensorfolie des piezoelektrischen Foliensensors transparent ist oder eine einer Außenfarbe des Kraftfahrzeugs gleichende Farbe aufweist. Es sind transparente PVDF-Folien bekannt. Diese eignen sich zur Umsetzung der genannten Ausführungsform. Auch durch diese Ausgestaltung gelingt es, die Erfindung ohne nennenswerte ästhetische Beeinträchtigung des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Im Gegensatz zur vorgenannten Ausführungsform ist es bei äußerlich angeordneten Sensorfolien leichter, eine nachträgliche Anbringung oder Reparatur vorzunehmen.
Die beiden letztgenannten Ausführungsformen können auch in Kombination verwendet werden. Beispielsweise können an bestimmten, z.B. besonders designrelevanten, Bauteilen des Kraftfahrzeugs die Sensorfolien von der Lackschicht bedeckt werden, wohingegen an anderen Stellen transparente Sensorfolien oder Sensorfolien in der Außenfarbe des Kraftfahrzeugs angeordnet werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der piezoelektrische Foliensensor an einem Stoßfänger, einer Motorhaube, einer Türe und / oder einer Heckklappe des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die genannten Bauteile bilden den seitlichen Rand des Kraftfahrzeugs und stellen daher diejenigen Bauteile dar, in deren Umfeld eine Objekterfassung am sinnvollsten ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, den piezoelektrischen Foliensensor an einem vorderen und hinteren Stoßfänger anzuordnen, da sich so am besten Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfassen lassen, die tief angeordnet und somit für den Fahrer des Kraftfahrzeugs eingeschränkt oder gar nicht zu sehen sind. Weiter vorteilhaft ist es, den piezoelektrischen Foliensensor an einer Tür anzuordnen. Diese Anordnung erlaubt es, den Fahrer oder einen anderen Fahrzeuginsassen beim Öffnen der Tür vor vor der Tür befindlichen Objekten zu warnen. Auf diese Weise können beispielsweise Lackkratzer und ähnliche Beschädigungen vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung umfasst der piezoelektrische Foliensensor zumindest zwei voneinander getrennt nutzbare Sensorbereiche. Unter einem getrennt nutzbaren Sensorbereich ist dabei ein solcher Bereich des Foliensensors zu verstehen, der einen von weiteren Sensorbereichen unabhängigen Betrieb erlaubt, der also insbesondere eine getrennte elektrische Anbindung aufweist und unabhängig von weiteren Sensorbereichen Schallwellen emittieren und empfangen kann. Indem eine Mehrzahl voneinander getrennt nutzbarer Sensorbereiche verwendet wird, kann die Genauigkeit der Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte gesteigert werden.
Mit besonderem Vorteil sind die Sensorbereiche gitterförmig angeordnet, insbesondere dreieckförmig, rautenförmig oder wabenförmig. Ein erster Vorteil einer solchen Struktur, die auch als „Sensor-Matrix“ bezeichnet werden kann, besteht darin, dass Objekte mit hoher räumlicher Auflösung erfasst werden können. Je kleiner die Ausmaße der Sensorbereiche gewählt werden, desto genauer können die Eigenschaften eines Objekts, beispielsweise Position und Größe, erfasst werden. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass bei einer Beschädigung des Foliensensors nur die von der Beschädigung betroffenen Sensorbereiche ausfallen, wohingegen die weiteren, von der Beschädigung nicht betroffenen Sensorbereiche weiterhin genutzt werden können. Somit beeinträchtigt insbesondere eine punktuelle Beschädigung der Außenfläche des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein kleinerer Blechschäden, die Funktionsfähigkeit der Ultraschallsensoranordnung nur in geringem Maße. Dies stellt insbesondere einen Vorteil gegenüber heute verwendeten Ultraschallsensoranordnungen dar, da dabei eine Beschädigung eines einzelnen Ultraschallsensors zur Folge haben kann, dass ein größerer Bereich im Umfeld des Kraftfahrzeugs (nämlich der von dem beschädigten Ultraschallsensor zu erfassende Bereich) gar nicht mehr erfassbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung werden die Sensorbereiche durch voneinander räumlich getrennte Sensorfolien gebildet. Mit anderen Worten wird also für jeden Sensorbereich eine gesonderte Sensorfolie verwendet. Die Sensorfolien können sowohl voneinander beabstandet oder auch direkt nebeneinander oder mit nur geringem Abstand voneinander angeordnet werden. Hierdurch bieten sich besonders mannigfaltige Möglichkeiten bei der Ausgestaltung der Zahl, Form, Position und Größe der Sensorbereiche.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der piezoelektrische Foliensensor eine Sensorfolie mit zumindest zwei voneinander getrennt nutzbaren Sensorbereichen umfasst, wobei die Sensorfolie Dämpfungsmittel zur akustischen und elektrischen Entkopplung der Sensorbereiche aufweist. Hierbei werden also getrennt voneinander nutzbare Sensorbereiche derselben Sensorfolie gebildet. Damit die Sensorbereiche getrennt voneinander nutzbar sind, müssen zwischen den Sensorbereichen Dämpfungsmittel zur akustischen und elektrischen Entkopplung der Sensorbereiche vorgesehen sein. Als Dämpfungsmittel sind Werkstoffe geeignet, die elektrische Isolatoren (Dielektrika) sind und akustische Wellen nicht übertragen. Um störende Wellenreflexionen an den Rändern der Sensorbereiche zu vermeiden, sind als Dämpfungsmittel insbesondere Werkstoffe geeignet, die akustische Wellen absorbieren. Dämpfungsmittel können beispielsweise in die Sensorfolie eingearbeitete Streifen aus Elastomer sein, die die Sensorbereiche unterteilen.
Der Vorteil einer derartigen Sensorfolie mit zumindest zwei voneinander getrennt nutzbaren Sensorbereichen besteht darin, dass sie einfacher am Kraftfahrzeug anzuordnen ist als getrennte Sensorfolien und dass sie eine optimale Abdeckung der Außenfläche des Kraftfahrzeugs mit dem piezoelektrischen Foliensensor bietet.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Pole, mit denen jeder der Sensorbereiche angebunden wird, in der Folie mittels isolierter elektrischer Leiter zu einem gemeinsamen Anschlussort geführt werden. Es ist dann möglich, die elektrische Anbindung der Sensorfolie ausschließlich an dem gemeinsamen Anschlussort (z.B. an einer Ecke der Sensorfolie) zu bewerkstelligen, wozu beispielsweise eine mehrpolige elektrische Steckverbindung genutzt werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ultraschallsensoranordnung zumindest einen zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte eingerichteten Ultraschallsensor, welcher an einer Innenseite oder in einer Aussparung der Außenfläche, insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der Ultraschallsensor kann insbesondere ein ein eigenes Gehäuse aufweisendes Bauteil sein. Es wird nachfolgend stets der Begriff „Ultraschallsensor“ verwendet, um einen an einer Innenseite oder in einer Aussparung der Außenfläche des Kraftfahrzeugs angeordneten (herkömmlichen) Ultraschallsensor zu bezeichnen. Dagegen wird für den die Erfindung kennzeichnenden piezoelektrischen Foliensensor der Begriff Ultraschallsensor nicht verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch der piezoelektrische Foliensensor Ultraschallwellen emittiert und erfasst und somit technisch ebenfalls als Ultraschallsensor bezeichnet werden könnte. Der zumindest eine Ultraschallsensor weist einen Sichtbereich und einen Blindbereich auf. Ebenso weist der piezoelektrische Foliensensor einen Sichtbereich und einen Blindbereich auf. Dabei ist mit dem Begriff Sichtbereich der räumliche Bereich bezeichnet, in dem ein Sensor Objekte erfassen kann. Entsprechend zeichnet sich der Blindbereich dadurch aus, dass darin befindliche Objekte nicht von dem Sensor erfasst werden können. Die beiden Bereiche sind disjunkt. Mit anderen Worten wird der Blindbereich des Sensors durch den räumlichen Bereich gebildet, der nicht der Sichtbereich ist.
Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Sichtbereich des piezoelektrischen Foliensensors im Wesentlichen in dem Blindbereich des Ultraschallsensors liegt. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform die herkömmliche Ultraschallsensoranordnung bekannter Fahrzeuge um den erfindungsgemäß angeordneten Foliensensor derart erweitert, dass sich der zumindest eine (herkömmliche) Ultraschallsensor und der Foliensensor in Bezug auf ihre jeweiligen Sichtbereiche ergänzen. Der große Vorteil dieser Anordnung besteht einerseits darin, dass bisher (d.h. bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen) im Blindbereich der Ultraschallsensoren liegende Bereiche nunmehr erfasst werden können. Andererseits besteht der Vorteil darin, dass die Ultraschallsensoren derart angeordnet und ausgerichtet werden können, dass ihr Sichtbereich optimiert wird, ohne dass dabei Rücksicht auf den hierbei entstehenden Blindbereich genommen werden muss, da dieser Blindbereich durch den erfindungsgemäß zusätzlich verwendeten Foliensensor abgedeckt werden kann.
Eine weiter vorteilhafte Ausführungsform weist zumindest zwei an einer Innenseite oder in Aussparungen der Außenfläche des Kraftfahrzeugs angeordnete Ultraschallsensoren auf, wobei der Blindbereich der Ultraschallsensoren einen Bereich zwischen den Sichtbereichen der Ultraschallsensoren umfasst. Dabei ist der piezoelektrische Foliensensor derart angeordnet, dass der Sichtbereich des piezoelektrischen Foliensensors den Bereich zwischen den Sichtbereichen der Ultraschallsensoren umfasst. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise vorteilhaft bei der aus heutigen Fahrzeugen bekannten Anordnung von je zwei bis sechs Ultraschallsensoren in beiden Stoßfängern. Indem jeweils zwischen zwei benachbarten Ultraschallsensoren eine Sensorfolie (mit einem oder mehreren Sensorbereichen) angeordnet wird, können die Blindbereiche der Ultraschallsensoren abgedeckt werden, sodass die Ultraschallsensoranordnung mittels der Gesamtheit der Sensoren (also mittels der Ultraschallsensoren und des Foliensensors) den gesamten Bereich vor den Stoßfängern nahezu lückenlos erfassen kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform gelingt, indem der Sichtbereich des zumindest einen Ultraschallsensors eine im Wesentlichen horizontale oder nach oben geneigte Hauptrichtung aufweist, wobei der Sichtbereich des piezoelektrischen Foliensensors eine nach unten geneigte Hauptrichtung aufweist. Der Sichtbereich eines Ultraschallsensors kann wegen seiner Form auch als Sichtkeule bezeichnet werden. Der Begriff der Hauptrichtung ist so zu verstehen, dass er die Hauptachse des keulenförmigen Sichtbereichs bezeichnet. Es könnte zur Erläuterung dieser Ausführungsform also vereinfachend von einer Arbeitsteilung zwischen Ultraschallsensoren und Foliensensor gesprochen werden, die darin besteht, dass die Ultraschallsensoren nach vorne „sehen“ und die Foliensensoren nach unten.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform gelingt, wenn der Blindbereich des zumindest einen Ultraschallsensors einen Nahbereich des Kraftfahrzeugs umfasst. Es kann dann vorgesehen sein, dass der piezoelektrische Foliensensor derart angeordnet wird, dass der Sichtbereich des piezoelektrischen Foliensensors den Nahbereich des Kraftfahrzeugs umfasst. Es könnte zur Erläuterung dieser Ausführungsform dann wiederum vereinfachend von einer Arbeitsteilung zwischen Ultraschallsensoren und Foliensensor gesprochen werden, die darin besteht, dass die Ultraschallsensoren in die Ferne „sehen“ und die Foliensensoren in den Nahbereich.
Durch die beiden vorgenannten Ausführungsformen, insbesondere wenn sie in Kombination eingesetzt werden, kann mit Vorteil ausgenutzt werden, dass herkömmliche Ultraschallsensoren einen relativ langgestreckten Sichtbereich aufweisen, also „in die Ferne sehen“ können. Zugleich weisen sie eine relativ geringe Strahlaufweitung auf, so dass in der Nähe des Sensors ein großer Blindbereich besteht. Um Gegenstände erfassen zu können, die sich tief (z.B. am Boden) und nahe dem Fahrzeug befinden (z.B. Bordsteinkanten), werden die Ultraschallsensoren herkömmlicher Fahrzeuge häufig leicht nach unten geneigt angeordnet, so dass ihre Hauptrichtung gegenüber der Horizontalebene nach unten geneigt ist. Hierdurch geht jedoch der Vorteil des langgestreckten Sichtbereichs teilweise verloren. Die Ausführungsform erlaubt es hingegen, die Ultraschallsensoren optimal, d.h. gerade oder leicht nach oben geneigt, auszurichten, da der dabei entstehende nahe dem Fahrzeug und tief gelegene Blindbereich durch den entsprechend angeordneten Foliensensor abgedeckt wird. Dies wird nachstehend noch mit Bezug zu den 5 und 6 näher erläutert.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand beispielhafter Darstellungen erläutert. Es zeigen
1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallsensoranordnung gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Stoßfängers eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform,
3 eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Stoßfängers eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform,
4 eine Detailansicht einer Struktur einer erfindungsgemäß eingesetzten Sensorfolie,
5 eine Seitenansicht eines Stoßfängers mit Ultraschallsensoranordnung gemäß dem Stand der Technik und
6 eine Seitenansicht eines Stoßfängers mit einer Ultraschallsensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in den Figuren gleiche oder ähnliche Merkmale der dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den dargestellten Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung lediglich um Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt. Insbesondere sind Darstellungen von Merkmalskombinationen in den Figuren und / oder der Figurenbeschreibung nicht dahingehend auszulegen, dass die Erfindung zwingend die Verwirklichung aller genannten Merkmale erfordert. Andere Ausführungsformen der Erfindung können weniger, mehr und / oder andere Merkmale enthalten. Der Schutzbereich und die Offenbarung der Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Patentansprüchen und der vollständigen Beschreibung. Es wird zudem darauf hingewiesen, dass es sich bei den Darstellungen um Prinzipdarstellungen von Ausführungsformen der Erfindung handelt. Die Anordnung der einzelnen dargestellten Elemente zueinander ist nur beispielhaft gewählt und kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung anders gewählt werden. Weiterhin ist die Darstellung nicht unbedingt maßstabsgetreu. Einzelne dargestellte Merkmale können zu Zwecken der besseren Veranschaulichung vergrößert oder verkleinert dargestellt sein.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Ultraschallsensoranordnung gemäß dem Stand der Technik. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine Ultraschallsensoranordnung, welche insgesamt zwölf Ultraschallsensoren 3 umfasst. Sechs Ultraschallsensoren 3 sind in Aussparungen des vorderen Stoßfängers 2 verbaut und sechs Ultraschallsensoren 3 in Aussparungen des hinteren Stoßfängers 2. Jeder der Ultraschallsensoren 3 weist einen Sichtbereich 4 auf, welcher in 1 durch eine gestrichelte Linie eingefasst dargestellt ist. Die Gesamtheit der Sichtbereiche 4 deckt einen großen Teil des Bereichs vor dem vorderen und hinter dem hinteren Stoßfänger 2 ab. Jeder der Ultraschallsensoren 3 weist einen Blindbereich 6 im Nahbereich auf. Diese Blindbereiche 6 sind in 1 jeweils schraffiert dargestellt. Ein Grund für das Vorhandensein der Blindbereiche 6 liegt im Aufbau herkömmlicher Ultraschallsensoren 3. Diese benötigen eine gewisse Ausschwingzeit, innerhalb derer keine Signale empfangen werden können, was im Ortsbereich einem Bereich 6 entspricht, in dem nicht gemessen werden kann.
Die in der Darstellung zu erkennende Strahlaufweitung der Sichtbereiche 4 ergibt, dass die Sichtbereiche 4 sich ab einem gewissen Mindestabstand zu dem Kraftfahrzeug 1 überlappen. Hingegen ergeben sich unterhalb dieses Mindestabstands Blindbereiche 5 zwischen den Ultraschallsensoren 3 bzw. zwischen deren Sichtbereichen 4. Große Blindbereiche 5 bestehen im dargestellten Beispiel auch an der linken und an der rechten Seite des Fahrzeugs 1, wo keine Ultraschallsensoren 3 angeordnet sind.
Die 2 und 3 zeigen beispielhafte Möglichkeiten, wie das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 durch die Erfindung verbessert werden kann.
2 zeigt eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Stoßfängers 2 eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 in einer ersten Ausführungsform. In einer Aussparung des Stoßfängers 2 ist ein Ultraschallsensor 3 angeordnet. Dieser verfügt wie vorstehend mit Bezug zu 1 erläutert über einen Sichtbereich 4 und Blindbereiche 5, 6. Überdies ist an dem Stoßfänger 2 eine Sensorfolie 7 eines piezoelektrischen Foliensensors angeordnet. Die Sensorfolie 7 umgibt die Öffnung der Aussparung, in der der Ultraschallsensor 3 angeordnet ist. Die Sensorfolie 7 weist daher an der Stelle des Ultraschallsensors 3 ein Loch auf.
Die Sensorfolie 7 kann direkt auf die Oberfläche des Stoßfängers 2 geklebt sein. Beispielsweise kann die Sensorfolie 7 auf eine Lackschicht des Stoßfängers 2 geklebt sein. In diesem Fall kann die Sensorfolie 7 transparent oder in der Farbe des Kraftfahrzeugs 1 lackiert sein. Die Sensorfolie 7 kann auch direkt auf dem Grundmaterial (z.B. Stahl oder Kunststoff) angeordnet sein, aus dem der Stoßfänger 2 besteht. In diesem Fall kann die Sensorfolie 7 in der Farbe des Kraftfahrzeugs 1 lackiert sein. Die Sensorfolie 7 kann mittels nicht dargestellter Elektroden an eine ebenfalls nicht dargestellte im Fahrzeuginneren angeordnete Auswerte- und Steuerelektronik der Ultraschallsensoranordnung angebunden sein. Die Sensorfolie 7 kann eine dreidimensionale Oberflächenkontur aufweisen, so dass sie an die Oberfläche des Stoßfängers 2 angepasst ist.
Form und Größe der Sensorfolie 7 können so gewählt sein, dass der (nicht dargestellte) Sichtbereich des die Sensorfolie 7 umfassenden piezoelektrischen Foliensensors möglichst umfassend den Blindbereich 6 im Nahbereich des Ultraschallsensors 3 abdeckt. Auf diese Weise ergänzen sich die Sensoren 3, 7, da der Ultraschallsensor 3 Objekte (z.B. Fußgänger) in einem weiteren Bereich 4 erfassen kann, wohingegen der die Sensorfolie 7 umfassende piezoelektrische Foliensensor Objekte in einem Nahbereich direkt vor dem Stoßfänger 2 erfassen kann.
3 zeigt eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Stoßfängers 2 eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 in einer zweiten Ausführungsform. Es wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung der 2 Bezug genommen. Im Unterschied zur 2 sind in 3 jedoch zwei Ultraschallsensoren 3 angeordnet. Zwischen den Ultraschallsensoren ist eine Sensorfolie 7 angeordnet. Die in 3 gezeigte Anordnung dient dazu, den Blindbereich 5 zwischen den beiden Ultraschallsensoren 3 mittels eines piezoelektrischen Foliensensors abzudecken.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen kombiniert werden könnten. Beispielsweise könnte eine Sensorfolie 7 sowohl die Bereiche um die Ultraschallsensoren 3 als auch den Bereich zwischen den Ultraschallsensoren 3 abdecken.
4 stellt eine Detailansicht einer Struktur einer erfindungsgemäß eingesetzten Sensorfolie 7 dar. Die Sensorfolie 7 umfasst gitterförmig, genauer wabenförmig, angeordnete Sensorbereiche 8. Die Sensorbereiche 8 sind durch Dämpfungsmittel 9 voneinander getrennt. Die Dämpfungsmittel 9 entkoppeln die Sensorbereiche 8 galvanisch und akustisch. Mit anderen Worten verhindern die Dämpfungsmittel 9 einen Austausch elektrischer Ladungsträger sowie akustischer Wellen zwischen den Sensorbereichen 8. Dadurch ist gewährleistet, dass die Sensorbereiche 8 getrennt voneinander nutzbar sind. Die Dämpfungsmittel können in die Sensorfolie 7 eingearbeitete Streifen 9 aus Elastomeren sein.
Die Größe der Sensorbereiche 8 kann je nach Bedarf gewählt werden. Bei eher großflächigen Sensorbereichen 8 reduziert sich der Aufwand für die Herstellung der Sensorfolie 7. Hingegen bieten eher kleinere Sensorbereiche 8 den Vorteil einer erhöhten räumlichen Auflösung des Sichtbereichs des piezoelektrischen Foliensensors. Überdies steigt der Aufwand für die elektrische Anbindung der Sensorbereiche 8 an die nicht dargestellte Auswerte- und Steuerelektronik mit der Anzahl der Sensorbereiche 8.
Die in 4 gezeigte Struktur bietet den Vorteil, dass die Ultraschallsensoranordnung unempfindlicher gegenüber Beschädigungen und sonstige Störungen wird. Wird beispielsweise ein Ultraschallsensor 3 des in 1 dargestellten Fahrzeugs 1 beschädigt (was nur eine relative kleine Beschädigung erfordert, die allerdings an der Stelle auftritt, wo sich der Ultraschallsensor 3 befindet), so kann der beschädigte Ultraschallsensor 3 ausfallen. Dies hat zur Folge, dass der gesamte Sichtbereich 4 des beschädigten Ultraschallsensors 3 entfällt. Wird hingegen die in 4 gezeigte Sensorfolie 7 beschädigt, so fallen nur diejenigen Sensorbereiche 8 aus, die von der Beschädigung betroffen sind. Insbesondere dann, wenn die Größe der Sensorbereiche 8 relativ klein (im Vergleich zur Größe der Beschädigung) ist, ist der betroffene Sichtbereich (d.h. der durch die Beschädigung nicht mehr zur Verfügung stehende Sichtbereich) begrenzt. Dies gilt umso mehr, da die Sichtbereiche der einzelnen Sensorbereiche 8 sich überlappen können.
5 zeigt eine Seitenansicht eines Stoßfängers 2 mit Ultraschallsensoranordnung gemäß dem Stand der Technik. Beispielsweise könnte die Darstellung der 5 eine teilweise Seitenansicht des in 1 dargestellten Kraftfahrzeugs 1 sein. In 5 ist eine schematische seitliche Schnittansicht eines Stoßfängers 2 zu sehen, der eine Aussparung 10 aufweist. In der Aussparung 10 ist ein Ultraschallsensor 3 angeordnet. Der Ultraschallsensor 3 ist leicht nach unten geneigt angeordnet, so dass der keulenförmige Sichtbereich 4 eine nach unten geneigte Hauptrichtung 13 aufweist. Im dargestellten Beispiel beträgt der Winkel zwischen der Horizontalebene und der Hauptrichtung 13 ca. 30 Grad. Aufgrund der Neigung des Ultraschallsensors 3 liegt ein vor dem Kraftfahrzeug befindlicher Boden im Sichtbereich 4. Dies ist beabsichtigt, damit mittels des Ultraschallsensors 3 Objekte im Bodenbereich, z.B. ein Bordstein 12, erfasst werden können. Somit kann der Fahrer beispielsweise vor einer nahenden Bordsteinkante 12 gewarnt werden, bevor er diese mit dem Frontspoiler des Stoßfängers 2 berührt.
6 zeigt eine Seitenansicht eines Stoßfängers 2 mit einer Ultraschallsensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 6 zeigt, wie durch die vorliegende Erfindung die Ultraschallsensoranordnung der 5 verbessert werden kann. Der Ultraschallsensor 3 weist in dem in 6 dargestellten Beispiel einen keulenförmigen Sichtbereich 4 mit horizontaler Hauptrichtung 13 auf. Da der Sichtbereich 4 nun nicht mehr auf den Boden zeigt, können weiter entfernte Objekte (z.B. Fußgänger) durch den Ultraschallsensor 3 erfasst werden. Allerdings liegt der Bordstein 12 nicht mehr im Sichtbereich 4 des Ultraschallsensors 3. Es ist an dem Stoßfänger 2 auch eine Sensorfolie 7 des piezoelektrischen Foliensensors angeordnet. Die Sensorfolie 7 ist unterhalb des Ultraschallsensors 3 angeordnet. Der Sichtbereich 11 des piezoelektrischen Foliensensors hat eine (verglichen mit dem Sichtbereich 4 des Ultraschallsensors 3) wesentlich geringere Reichweite, aber eine wesentlich höhere Strahlaufweitung. Insbesondere liegen nah am Stoßfänger 2 und nah am Boden positionierte Objekte (wie insbesondere die Bordsteinkante 12) im Sichtbereich 11 des piezoelektrischen Foliensensors 7. Es gelingt somit mit der in 6 gezeigten Anordnung, eine im Hinblick auf die Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte optimierte Ultraschallsensoranordnung anzugeben.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Stoßfänger
3: Ultraschallsensor
4: Sichtbereich des Ultraschallsensors
5: Blindbereich (zwischen Ultraschallsensoren)
6: Blindbereich (Nahbereich des Ultraschallsensors)
7: Sensorfolie
8: Sensorbereiche
9: Dämpfungsmittel
10: Aussparung
11: Sichtbereich des piezoelektrischen Foliensensors
12: Bordstein
13: Hauptrichtung des Sichtbereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013211593 A1 [0004]
DE 102012201055 A1 [0005]
DE 10257125 A1 [0006]
DE 102004051638 A1 [0007]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einer Ultraschallsensoranordnung zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher Objekte (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoranordnung einen an einer Außenfläche (2) des Kraftfahrzeugs angeordneten zumindest eine Sensorfolie (7) umfassenden piezoelektrischen Foliensensor umfasst.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensorfolie (7) des piezoelektrischen Foliensensors zumindest teilweise aus Polyvinylidenfluorid besteht.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensorfolie (7) des piezoelektrischen Foliensensors zwischen der Außenfläche (2) des Kraftfahrzeugs (1) und einer Lackschicht des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensorfolie (7) des piezoelektrischen Foliensensors transparent ist oder eine einer Außenfarbe des Kraftfahrzeugs (1) gleichende Farbe aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Foliensensor (7) an einem Stoßfänger (2), einer Motorhaube, einer Türe und / oder einer Heckklappe des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Foliensensor (7) zumindest zwei voneinander getrennt nutzbare Sensorbereiche (8) umfasst.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorbereiche (8) gitterförmig angeordnet sind und insbesondere dreieckförmig, rautenförmig oder wabenförmig sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorbereiche (8) durch voneinander räumlich getrennte Sensorfolien (7) gebildet werden.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Foliensensor eine Sensorfolie (7) mit zumindest zwei voneinander getrennt nutzbaren Sensorbereichen (8) umfasst, wobei die Sensorfolie (7) Dämpfungsmittel (9) zur akustischen und elektrischen Entkopplung der Sensorbereiche aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallsensoranordnung zumindest einen zur berührungslosen Erfassung im Umfeld des Kraftfahrzeugs (1) befindlicher Objekte eingerichteten Ultraschallsensor (3) umfasst, wobei der Ultraschallsensor (3) an einer Innenseite oder in einer Aussparung (10) der Außenfläche, insbesondere eines Stoßfängers (2), des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Ultraschallsensor (3) einen Sichtbereich (4) und einen Blindbereich (5, 6) aufweist, wobei der piezoelektrische Foliensensor (7) einen Sichtbereich (11) und einen Blindbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichtbereich (11) des piezoelektrischen Foliensensors (7) im Wesentlichen in dem Blindbereich (5, 6) des Ultraschallsensors (3) liegt.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 10, wobei zumindest zwei Ultraschallsensoren (3) an einer Innenseite oder in Aussparungen (10) der Außenfläche (2) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet sind und wobei der Blindbereich (5, 6) der Ultraschallsensoren (3) einen Bereich zwischen den Sichtbereichen (4) der Ultraschallsensoren (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Foliensensor (7) derart angeordnet ist, dass der Sichtbereich (11) des piezoelektrischen Foliensensors (7) den Bereich zwischen den Sichtbereichen (4) der Ultraschallsensoren (3) umfasst.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Sichtbereich (4) des zumindest einen Ultraschallsensors (3) eine im Wesentlichen horizontale oder nach oben geneigte Hauptrichtung (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichtbereich (11) des piezoelektrischen Foliensensors (7) eine nach unten geneigte Hauptrichtung aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Blindbereich (6) des zumindest einen Ultraschallsensors (3) einen Nahbereich des Kraftfahrzeugs (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Foliensensor (7) derart angeordnet ist, dass der Sichtbereich (11) des piezoelektrischen Foliensensors (7) den Nahbereich des Kraftfahrzeugs (1) umfasst.