用于车辆的周围环境检测的传感器装置和方法_2

文档序号:9353957阅读:来源:国知局
一一例 如保持。所述第二声换能器装置的传感器元件优选布置在罐形元件的构造为膜片的底面 上、尤其底面的指向外部的一侧上。
[0020] 印制导线优选施加到膜片上,其方式是,例如通过粘接来施加蒸镀有印制导线的 薄膜到所述第一声换能器装置的构造为膜片的表面上。薄膜尤其可以涉及聚酰亚胺薄膜或 特氟龙薄膜。这样的薄膜的特征主要在于高耐热性和良好的电绝缘特性。
[0021] 在本发明的一种替代实施中,第二声换能器装置施加在柔性的印刷电路板上,其 中所述柔性的印刷电路板具有印制导线和电极,其中所述柔性的印刷电路板尤其与所述膜 片粘接。这能够实现根据本发明的传感器装置的特别简单的制造。
[0022] 为了进行保护以防损坏,第二声换能器装置的传感器元件设有覆盖层,其例如具 有纤维塑料复合物。此外,为了附加的密封以及保护以防潮湿和其他的环境影响,优选地, 第二声换能器装置的传感器元件中的至少一个可以由例如以罩或密封薄膜的形式的覆盖 元件覆盖。
[0023] 覆盖元件优选可以构造为罐形的并且完全覆盖第一和第二声换能器装置或者第 二声换能器装置和第一声换能器装置的膜片。
[0024] 根据本发明的传感器装置适于机动车的或机器人的周围环境检测、尤其适于泊车 辅助系统或也适于自主驾驶平台。
[0025] 此外根据本发明,设置一种用于尤其车辆的周围环境检测的方法,其中应用根据 本发明的传感器装置。所述方法提出,所述第一声换能器装置发送声学信号,所述声学信号 可以在一个或多个对象上反射,所述第二声换能器装置接收反射信号,并且进行所述反射 信号的与角度相关的分析处理。与角度相关的分析处理尤其理解为通过第二声换能器装置 的传感器元件布置为声换能器阵列可以基于由相应传感器元件接收的声波之间的时间差 和相位差检测以下对象的位置和形状:在所述对象上声波被反射。
[0026] 根据本发明的方法在一种优选实施中提出,在发送声学信号之后,通过以下方式 实现第一声换能器装置的衰减:尤其进行第一声换能器装置的反相控制。在此,第二声换能 器装置用作用于控制的调节回路,以便确定第一声换能器装置的膜片的振动的当前相位和 /或频率和/或幅度。所获得的关于第一声换能器装置的膜片的振动的当前相位和/或频 率和/或幅度的信息用于如此控制第一声换能器装置,使得实现暂态振动的快速和有效的 衰减。
[0027] 根据本发明的传感器装置例如应用在用于日常道路交通的车辆的车辆驾驶员系 统、机场上的车辆中、港口中的车辆中、仓库中的车辆中、建筑工地上的车辆中、道路建设中 的车辆中,但也用于与其他太空飞船对接的太空飞船中,或者用于机器和机器人。
【附图说明】
[0028] 图1示出第一声换能器装置的实施;
[0029] 图2示出根据本发明的第一实施例的传感器装置;
[0030] 图3以剖面图和俯视图示出根据本发明的第二实施例的传感器装置;
[0031] 图4以剖面图示出根据本发明的第三实施例的传感器装置;
[0032] 图5以剖面图示出根据本发明的第四实施例的传感器装置。
【具体实施方式】
[0033] 图1示意性地以透视图示出用于第一声换能器装置10的一个实施例。第一声换 能器装置10包括罐形元件11,所述罐形元件例如可以由塑料或铝制成。该元件11包括构 造为膜片12的底面12和环绕的边缘面14。底面12基本上圆形地构造。膜片12例如可 以与元件11 一件式地构造,或者作为单独的部件固定在环绕的边缘面14上。边缘面14沿 其背离底面12的棱边的方向具有环绕的突起部16。该突起部16用于将元件11固定在例 如机动车上的未示出的传感器壳体的容纳部中。未示出的压电元件以已知的方式如此布置 在膜片12上,使得该压电元件可以激励膜片12进行振动,由此实现声波通过第一声换能器 装置10的发射。通常,所发射的声波的频率位于40kHz至120kHz的范围内,即在超声范围 内。通过所描述的构造,第一声换能器装置10有利地辐射具有高声压的声波。在图1的示 图中,膜片12处于振动中,这通过膜片12的中央拱形表示。膜片12具有中央区域12b,该 中央区域在激励所示振动模式时经受沿垂直于膜片面12的方向的最大偏移(振动波腹)。
[0034] 此外,膜片12在其边缘处具有大致环形的区域12a,所述区域在激励所示振动模 式时经受沿垂直于膜片面12的方向的最小偏移或者甚至不经受沿垂直于膜片面12的方向 的偏移(振动波节)。有利的是,将根据本发明设置的第二声换能器装置的传感器元件布置 在仅仅经受小的偏移或甚至不经受偏移的区域中,以便避免传感器元件的机械负荷和/或 通过运动引起的测量误差。在此所示振动形式仅仅是膜片12的可激励的振动形式的一种 可能示例。更高阶的振动形式以已知的方式在其他区域中具有振动波腹或振动波节。
[0035] 根据本发明的传感器装置1在图2中示意性地以透视图示出。传感器装置1包括 第一声换能器装置10,所述第一声换能器装置根据在图1中示出的声换能器装置10构造。 相同的部分设有相同的参考标记。
[0036] 第二声换能器装置20布置在元件11的构造为膜片12的底面上,所述第二声换能 器装置包括八个类似构造的传感器元件22a、22b、22c、22d、22f、22g、22h、22i。第二声换能 器装置20构造为声换能器阵列。相邻传感器元件之间的间距分别相同。膜片12上的中央 位置不具有传感器元件,因为在该区域中在膜片弯曲振动时偏移最强,如由图1得出的那 样。为了避免传感器元件22a-22i的机械负荷和测量精度,传感器元件22a-22i布置在膜 片12的边缘区域中,与膜片中央的最大偏移(如在图1中所示)相比,所述边缘区域在膜 片弯曲振动的在本示例中激励的模式中仅仅经受小的偏移。替代地,也可考虑传感器元件 的其他布置,其具有更多或更少的列或行和/或更大数量或更小数量的传感器元件。
[0037] 传感器元件22a_22i沿X方向和y方向的间距优选分别是声波的波长的一半,传 感器装置1针对此而设计。因此,对于50kHz的典型频率和空气中的应用,从一个传感器元 件的中点至距离最远的传感器元件的中点测量,间距是约3mm。偏差导致反射点空间分离时 的精度损失。
[0038] 因为在传感器装置1的一定振动衰减时间之后才进行所接收的声学信号的可靠 探测,所以提出使传感器装置1在发送声学信号之后衰减。通过衰减来减小至少在通过第 一声换能器装置10发送声学信号与通过第二声换能器装置20探测所反射的声学信号之间 必须流逝的持续时间,以便保证尤其在传感器装置1的近区域中的可靠测量。如果根据本 发明的传感器装置1用于机动车的驾驶辅助系统或泊车辅助系统中的对象探测,则通过所 谓的死时间(Totzeit)的减小也可以识别具有至传感器的小间距的对象。最小可检测间距 以已知的方式通过传感器装置1的暂态振动持续时间确定。
[0039] 第一声换能器装置10的衰减优选通过第一声换能器装置的压电元件的主动控制 实现,其与膜片11的振动反相。第二声换能器装置20在此用作用于膜片11的振动的传感 器,并且可以构成调节回路,该调节回路能够实现膜片的快速和高效的衰减。因此可能的 是,减少或完全放弃衰减材料一一例如发泡塑料的使用。
[0040] 替代在图2中示出的传感器元件22a_22i的布置,也可考虑其他布置,例如具有变 化的间距的布置。传感器元件22a_22i在所示出的示例中具有基本上圆形的表面。替代地, 其他形状也是可能的,例如矩形、方形或多边形的形状。
[0041] 传感器元件22a-22i分别包括一个驻极体元件和一个公共的盖层,所述盖层设计 为振动膜片。当信号、例如由对象反射的声到达时,盖层运动并且引起电容的变化,该电容 的变化是可测量的。由此,在传感器元件22a-22i中的每一个上产生电压信号。通过传感 器元件22a-22i布置为声换能器阵列可以基于由相应传感器元件22a-22i接收的声波之间 的时间差和相位差检测以下对象的位置和形状:在所述对象上声波被反射。所获得的信息 例如可以通过机动车的驾驶员辅助系统继续处理。
[0042] 在图3中以剖面图(图3A)和俯视图(图3B)示出根据本发明的第二实施例的传 感器装置1,其中在图3B中传感器元件22a-22i的盖层125不可见。第一声换能器装置110 包括罐形元件111,其具有膜片112作为底面。第一声换能器装置110构造为具有压电陶瓷 115作为执行器的弯曲振动器,所述压电陶瓷通过电连接端117控制。在该实施中,在第一 声换能器装置110的膜片112上设置有四个传感器元件122,所述传感器元件用作传感器阵 列并且一起构成第二声换能器装置120。第二声
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