超聲換能器組件和具有超聲換能器組件的機(jī)動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲換能器組件，其設(shè)置用于發(fā)送和/或接收超聲信號并且其具有至少一個換能元件和至少一個諧振體。本發(fā)明還涉及一種用于制造這種超聲換能器組件的方法和一種具有這種超聲換能器組件的機(jī)動車。
【背景技術(shù)】
[0002]與機(jī)動車、運(yùn)動的或靜止的機(jī)器例如機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器或建筑機(jī)器相關(guān)聯(lián)地使用換能器組件，用于基于超聲波來感測環(huán)境。為了獲得高的發(fā)送強(qiáng)度和/或接收敏感度，在此主要涉及諧振振動器，其由固態(tài)諧振體和一個或多個換能元件組成。
[0003]由US 2010/0208553 A1已知一種超聲換能器，其被遮蓋地安裝在汽車保險(xiǎn)杠中并且例如被使用于泊車輔助目的。壓電元件構(gòu)造為薄的陶瓷盤，該陶瓷盤平行于換能器的輻射平面布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器組件包括至少一個換能元件、膜片和至少一個諧振體，其中，該諧振體在端側(cè)上與所述膜片耦合，并且，所述至少一個換能元件這樣耦合到諧振體的殼面上，使得它們具有一個共同的邊界面。
[0005]換能元件的概念在此應(yīng)寬泛地理解并且例如包括電聲換能器，其根據(jù)靜電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、壓電效應(yīng)或這些效應(yīng)的組合來工作。在本發(fā)明的范疇中，換能元件尤其可以是壓電元件并且超聲換能器組件被稱為壓電式超聲換能器組件。
[0006]所述超聲換能器組件的膜片例如通過機(jī)動車的保險(xiǎn)杠的、側(cè)視鏡的或門區(qū)域的外皮來構(gòu)成，其中，所述換能元件和所述振動體以被遮蓋于所述外皮之后的方式布置。通過所述耦合，所述膜片形成所述超聲換能器組件的諧振膜片。相對于已知的以被遮蓋的方式裝配的換能元件，根據(jù)本發(fā)明的組件構(gòu)成一種替代方案，在該替代方案中產(chǎn)生節(jié)約可能性，其方式例如是，可使用更薄的換能元件或者可使用更少的材料用于所述換能元件。
[0007]通過在從屬權(quán)利要求中列舉的措施可實(shí)現(xiàn)在獨(dú)立權(quán)利要求中說明的主題的有利的擴(kuò)展方案和改進(jìn)。
[0008]優(yōu)選設(shè)置，所述膜片由薄的材料層構(gòu)成，該薄的材料層例如由聚合物材料制成。所述膜片優(yōu)選具有0.1mm到5mm之間的厚度，特別優(yōu)選小于2mm或小于1mm的厚度。所述諧振體在端側(cè)上與膜片的耦合可間接地或直接地進(jìn)行，但是在每種情況下使得可實(shí)現(xiàn)足夠程度的聲耦合，即可傳遞合適的振動。所述耦合例如可通過壓配合、楔緊配合(例如通過擰緊)或也可通過粘接完成。所述耦合也可通過諧振體用所述外皮的材料注塑包封來實(shí)現(xiàn)，這也可稱為嵌入。間接耦合可意味著，在所述諧振體和膜片之間設(shè)置有一個另外的材料層，例如液體如凝膠或油。此外，所述另外的材料層尤其可設(shè)置用于，優(yōu)化諧振體和膜片之間的聲學(xué)耦合，例如用于補(bǔ)償這些構(gòu)件的尺寸公差或者補(bǔ)償耦合副的表面粗糙度。
[0009]根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述諧振體具有前面質(zhì)量和背面質(zhì)量，它們由不同的材料制成。因此，由換能元件為了探測環(huán)境而發(fā)射出的電聲輻射優(yōu)選在諧振體的端側(cè)的方向上離開換能器組件，向后的輻射被抑制。背面質(zhì)量作為所謂慣性質(zhì)量起作用，即，它通過它的質(zhì)量慣性而使得能夠?qū)⒘?dǎo)入前面物體中并且因而也用于相對于在其中不希望有輻射的區(qū)域的減振。根據(jù)一種實(shí)施方式設(shè)置，換能元件沿周邊地耦合到前面質(zhì)量的殼面上。
[0010]優(yōu)選，所述前面質(zhì)量由塑料或橡膠材料制成并且所述背面質(zhì)量由金屬例如鋁、板材、鋼或黃銅制成。合適材料的選擇可通過在超聲換能器組件的要達(dá)到的接收敏感度或發(fā)送信號強(qiáng)度方面的限制或預(yù)給定來確定。但是尤其也可考慮其它的環(huán)境影響例如環(huán)境溫度或例如由于振動引起的機(jī)械負(fù)載，以確定合適的材料。
[0011]根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述諧振體具有向端面變細(xì)的形狀。這種變細(xì)例如可通過一個或多個肩部形成，即包括諧振體橫截面的階梯式減小，或者也可通過諧振體橫截面的持續(xù)減小形成。
[0012]所述諧振體和/或換能元件可環(huán)形地構(gòu)型?？赡艿氖牵C振體是實(shí)心體，例如柱形體，該實(shí)心體被接收在環(huán)形的換能元件中；或者，換能元件是實(shí)心體，例如柱形體，該實(shí)心體被接收在環(huán)形的或罐形的諧振體中。替代地可設(shè)置，不僅諧振體而且換能元件都環(huán)形地構(gòu)造，其中，一個環(huán)可適配到另一個中，使得諧振體包圍換能元件或者使得換能元件包圍諧振體。環(huán)形在此尤其可表示相應(yīng)物體具有貫通開口，使得存在該物體的內(nèi)周面和外周面。所述內(nèi)周面和外周面在此被稱為殼面。不僅在內(nèi)周面上的耦合而且在外周面上的耦合都可被稱為在振動體殼面上的耦合。
[0013]視實(shí)施方式而定，振動體具有圓形的、三角形的、四邊形的、矩形的或多邊形的橫截面。在此，多邊形可以指例如五邊形、六邊形或八邊形的橫截面，其中，優(yōu)選是規(guī)則結(jié)構(gòu)，一個趨近圓形周邊的多邊形的等長部段。優(yōu)選的橫截面尤其可通過在超聲換能器組件的要達(dá)到的接收敏感度方面的限制或預(yù)給定來確定，也可通過環(huán)境影響例如抗振動強(qiáng)度或溫度穩(wěn)定性來確定，其中，功率優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)先。
[0014]根據(jù)一種實(shí)施方式，換能元件和諧振體通過壓配合或者通過粘接相互耦合。該耦合的選擇可通過預(yù)計(jì)的使用領(lǐng)域來確定，例如通過組件的抗振動強(qiáng)度的預(yù)給定來確定。
[0015]根據(jù)一種實(shí)施方式，所述超聲換能器組件具有剛好一個換能元件，該換能元件沿整個周邊耦合到所述殼面上。替代地可設(shè)置，該超聲換能器組件具有多個換能元件，它們分別沿部分周邊地耦合到殼面上。
[0016]本發(fā)明尤其可在這樣的環(huán)境傳感器中使用:所述環(huán)境傳感器例如設(shè)置在機(jī)動車的前保險(xiǎn)杠和/或后保險(xiǎn)杠中，用于泊車輔助和/或避免碰撞的目的。在此，超聲信號通常通過介質(zhì)如空氣或水從發(fā)射器向接收器傳送或從發(fā)射器傳送到環(huán)境中，或者感測由位于環(huán)境中的物體反射的超聲信號并測量超聲信號的度越時(shí)間和/或度越時(shí)間差和/或其它參量例如振幅和相位。在此典型地使用不僅可發(fā)射超聲波、而且可接收超聲波的超聲換能器。但是也可設(shè)置，超聲換能器僅用作接收器或僅用作發(fā)送器。
[0017]所述超聲換能器組件尤其可安裝在超聲系統(tǒng)中，該超聲系統(tǒng)包括一組超聲傳感器，其中，至少一個、優(yōu)選所有超聲傳感器包括所述超聲換能器組件的特征。所述超聲系統(tǒng)例如可設(shè)置用于感測機(jī)動車的部分環(huán)境。例如可以給這種超聲系統(tǒng)分別配置在正面區(qū)域中用于感測前面的機(jī)動車環(huán)境的超聲傳感器和/或在側(cè)部區(qū)域中用于感測機(jī)動車的側(cè)面區(qū)域的超聲傳感器和/或在尾部區(qū)域中用于感測機(jī)動車的后方環(huán)境的超聲傳感器。在此，典型地在保險(xiǎn)杠中安裝四至六個傳感器，其中，具有大致相同視向的傳感器僅安裝最多四個。此外，為了尤其也感測機(jī)動車旁邊的區(qū)域，在前保險(xiǎn)杠中還這樣定位傳感器，使得這些傳感器朝左和朝右具有它們的感測區(qū)域。替代地或附加地，也可在后保險(xiǎn)杠中這樣定位傳感器，使得這些傳感器感測機(jī)動車左旁邊和右旁邊的區(qū)域。此外，所述超聲系統(tǒng)還具有配屬給對應(yīng)組的控制裝置和信號處理裝置。為了感測機(jī)動車的側(cè)面區(qū)域，不僅可使用在側(cè)部安裝在前保險(xiǎn)杠和后保險(xiǎn)杠中的超聲傳感器，而且也可使用安裝在側(cè)視鏡中或安裝在門區(qū)段中的這種傳感器。
[0018]本發(fā)明提供一種超聲換能器，該超聲換能器還適合用于在機(jī)動車領(lǐng)域中的流動介質(zhì)的流量測量，尤其在進(jìn)氣管中和/或在排氣管中和/或在廢氣再循環(huán)管中和/或在內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器之后。
[0019]提出一種用于制造超聲換能器組件的方法，尤其前面說明的超聲換能器組件之一，所述超聲換能器組件設(shè)置用于發(fā)送和/或接收超聲信號，該方法包括以下步驟:
[0020]a)制造具有換能元件和諧振體的設(shè)備，其中，至少一個所述換能元件這樣耦合到所述諧振體的殼面上，使得所述換能元件和所述諧振體具有一個共同的邊界面，
[0021]b)將該設(shè)備固定到膜片上，該膜片通過一構(gòu)件的外皮形成，其中，所述諧振體在端側(cè)上與該膜片耦合。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，機(jī)動車具有保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡或門區(qū)段和之前說明的超聲換能器組件，其中，該超聲換能器組件的膜片通過保險(xiǎn)杠的、側(cè)視鏡的或門區(qū)段的外皮形成，并且，所述換能元件和所述諧振體以被遮蓋在所述外皮之后的方式布置。
[0023]只要保險(xiǎn)杠的、側(cè)視鏡的或門區(qū)段的在其中安裝超聲換能器組件的外皮的厚度不相當(dāng)于上面提到的對于聲傳播優(yōu)選的厚度，就可設(shè)置，機(jī)動車的保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡或門區(qū)段在要安裝超聲換能器的區(qū)域中相應(yīng)地構(gòu)造得比在其它位置薄。這種局部減薄可通過事后的機(jī)械加工來補(bǔ)上，例如通過銑削，或者也可以在制造過程中，例如在壓鑄時(shí)就，即已完成。
【附圖說明】
[0024]在附圖中示出并在后面的說明中詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出:
[0025]圖1A-1B根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器；
[0026]圖2A-2C根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器；
[0027]圖3A-3B根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器組件；
[0028]圖4A-4D根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器組件根據(jù)不同實(shí)施方式的橫剖面；
[0029]圖5A_f5D根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器組件根據(jù)其它實(shí)施方式的橫剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1A示出具有換能元件4的超聲換能器2，該換能元件構(gòu)造為扁平的盤并且該換能元件以它的主面5鄰接厚的諧振體6。圖1B示出另一超聲換能器2，在該超聲換能器中，扁平的換能元件4以通過它的主面5鄰接的方式布置在厚的諧振體6和厚的背面質(zhì)量8之間。在圖1A和圖1B中示出的超聲換能器也被稱為所謂厚度振動器。
[0031]圖2A到圖2C示出也被稱為彎曲振動器的超聲換能器2。該超聲換能器2的輻射方向在圖2A中以箭頭表示，在圖2B和圖2C中示出的超聲換能器2的輻射方向也相應(yīng)地以箭頭表示。圖2A的超聲換能器2包括扁平的換能元件4，該換能元件以它的主面5鄰接扁平的諧振體10。在圖2B中示出通過兩個相互鄰接的換能元件12、14實(shí)現(xiàn)的超聲換能器2，其中，它們反向地接觸。例如在施加電信號的情況下第一換能元件12收縮，而第二換能元件14膨脹，由此產(chǎn)生空間上的振動振幅。彎曲振動器的另一實(shí)施方式是在圖2C中示出的超聲換