一种用于机动车辆(16)的超声波传感器组件(1)，包括：超声波传感器(2)，具有壳体(4)、与壳体(5)机械分离的超声波膜(5)和用于激励振动和检测超声波膜(5)的振动的声换能器元件(7)；和布置在超声波膜(5)前面的由声学超材料制成的屏障部分(3)。超材料优选是宽带超材料，其可以在角度范围内以非谐振方式隧穿。屏障部分(3)可以优选地形成在成形部件(13)中，例如机动车辆(16)的外蒙皮或内镶板的车身金属板。机动车辆(16)的外蒙皮或内镶板的车身金属板。机动车辆(16)的外蒙皮或内镶板的车身金属板。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机动车辆的超声波传感器组件和机动车辆
[0001]本专利技术涉及用于机动车辆的超声波传感器领域，更具体地，涉及用于机动车辆的超声波传感器组件和机动车辆。
技术介绍
[0002]已知的超声波传感器具有壳体、与壳体机械分离的超声波膜以及用于激励振动和检测超声波膜的振动的声换能器元件。
[0003]这种类型的超声波传感器可以用于利用脉冲回波方法测量距机动车辆附近的物体或距车辆的内部的物体的距离。由换能器元件激励的超声波膜以超声波信号的形式发射能量。然后，声换能器元件检测超声波膜中的振动，该振动源自从机动车辆附近或内部返回的回波信号。基于信号飞行时间来确定与物体的距离。这种测量例如被机动车辆的停车辅助系统使用。
[0004]期望的特性是发射超声信号后超声传感器的短盲时间、低背景噪声和高信噪比。换句话说，所测量的返回回波信号的高幅度以及壳体和可能的其它部件的低水平结构振动是所希望的。
[0005]因此，传统上，超声波传感器优选地被无覆盖地布置，无需在超声波膜和待测量的车辆环境或内部之间布置额外的部件。如果需要有覆盖地安装，例如在车辆外蒙皮后面，则采取措施来降低覆盖部件的结构噪声，例如在覆盖部件上布置阻尼元件。
[0006]文献DE 102010044998A1教导了一种具有凹部的挡泥板，以允许通过凹部进行超声波检测，该凹部覆盖有不干扰传感器的检测功能的柔性膜。薄膜将超声波传感器耦接到车辆外部。
[0007]文献DE 102012208059 A1教导了一种传感器组件，其具有集成在挡泥板中的传感器单元，其中膜由挡泥板自身形成。
[0008]DE 102015113195 A1教导了一种超声波传感器，其被布置成在镶板部分的第一区域中隐藏在镶板部分之后。镶板部分的第一区域和超声波传感器的膜以这样的方式机械耦接，即反射的超声波信号激励膜和镶板部分产生机械振动。在镶板部分的围绕第一区域的第二区域中，多个通孔被布置成阻尼镶板部分的振动。
[0009]DE 102017209823 A1教导了一种超声波传感器，其振动膜形成为声学超材料，声学超材料在膜的频带内表现出共振行为。
[0010]US 2017059697 A1教导了一种布置，其中超声波传感器在成形部件的内侧后面被覆盖，并且旨在检测成形部件外侧上的物体。预加载结构将超声波传感器压靠在成形部件的内侧，其中耦接元件布置在超声波传感器和内表面之间。在耦接元件外部的区域中，阻尼材料被附接到成形部件的内侧。
技术实现思路
[0011]在此背景下，本专利技术的目的是提供一种用于车辆的改进的超声波传感器组件和一
种改进的机动车辆。
[0012]如G.D.Aguanno等人在“Broadband metamaterial for nonresonant matching of acoustic waves”，Sci.Rep.2,340：DOI：10.1038/srep003401(2012)中所述，本申请的专利技术人提出了使用宽带超材料进行非谐振阻抗匹配的构思，该文献于2020年10月21日在https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3314304/？tool＝pmcentrez可获取，用于医疗诊断目的和其他微机械系统，也可以在机动车辆环境或内部的超声波测量领域中提供优势，并且在进一步考虑和实验的基础上，最终实现了下述解决方案。
[0013]根据第一方面，提出了一种用于机动车辆的超声波传感器组件，其包括：超声波传感器，具有壳体、与壳体机械分离的超声波膜、以及用于激励振动和检测超声波膜的振动的声换能器元件；以及设置在超声波膜前面并由声学超材料制成的屏障部分(screen section)。
[0014]专利技术人通过实验发现了令人惊讶的效果，与未覆盖的超声波传感器相比，布置在超声波膜前面的声学超材料不仅没有减小对应于反射超声波的测量信号的幅度，而且还显著增大了该幅度。因此，信噪比可以显著提高。
[0015]同时，有利的是，屏障部分可以在视觉上和机械上覆盖超声波传感器，从而保护它例如免受视角和冲击等的影响。
[0016]特别地，屏障部分以覆盖超声波膜的方式布置在超声波膜的前面。“覆盖”被理解为是指从超声波膜发射到待测量的空间区域(机动车辆环境或机动车辆内部)中的超声波以及从那里反射回超声波膜的超声波在每种情况下都穿过屏障部分。“未覆盖”被理解为意味着超声波可以不受阻碍地发射到待测量的空间区域中并从其反射回来，即，在待测量的空间区域中，在超声波膜和待测量的物体之间只有空气。
[0017]超声波膜可以从超声波传感器的壳体声学上解耦，例如通过由诸如硅树脂的声学软材料制成的解耦环。超声波膜可以插入壳体的开口中，其中解耦环布置在超声波膜和开口的壳体内边缘之间。
[0018]声换能器元件可以是基于机械感应、机械电容、机械电阻、磁致伸缩或电致伸缩原理的声换能器元件。例如，声换能器元件可以是压电元件。声换能器元件可以粘结到壳体内侧的超声波膜上、焊接到其上或者以不同的方式连接到超声波膜上。声换能器元件可以通过松散的解耦线连接到超声波传感器的外部布线的电接触部。
[0019]屏障部分可以是机动车辆的较大形状部件的一部分，其仅在布置在超声波传感器的超声波膜前面的区域中形成屏障部分。然而，屏障部分也可以包括独立屏幕或类似物的基本上整个区域，该独立屏幕或类似物设置在超声波膜的前面，用于覆盖超声波膜的特定目的。
[0020]声学超材料应特别理解为通过结构化处理赋予其有利声学特性的材料，这些有利声学特性是未加工或非结构化材料所不具备的。
[0021]声学超材料尤其可以是根据上文引用的D'Aguanno等人的出版物中描述的原理设计的超材料，该出版物被明确引用。
[0022]根据一个实施例，声学超材料是宽带声学超材料，其可以至少在入射角范围内被超声波以非共振方式隧穿。
[0023]具体而言，“宽带”应被理解为意指声学超材料不仅对于具有特定谐振频率的超声
波，而且对于例如40至60kHz、优选16至100kHz的宽频带中的超声波都是均匀良好可渗透的。
[0024]短语“能够以非共振的方式隧穿”尤其意味着入射到声学超材料上的超声波在其到达的介质(例如空气)中和声学超材料中“感觉”到相同的声阻抗，从而无论在入射表面还是在出射表面都基本上不发生反射，而不管超声波的频率如何，也不管声学超材料的厚度如何。
[0025]“非共振”应特别被理解为指当通过声学超材料发生隧穿时，超材料内不会产生共振压力膨胀。这种非共振隧穿能力对应于声学超材料的宽带性质。
[0026]非共振隧穿能力优选地至少存在于超声波入射角范围内，该超声波入射角范围包括声学超材料的屏障部分的表面上的基本垂直的入射方向。实际上，相对于表面法线的角度范围可以在0
°
和30
°
到85
°
之间。
[0027]换句话说，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于机动车辆(16)的超声波传感器组件(1)，包括：超声波传感器(2)，具有壳体(4)、与所述壳体(5)机械分离的超声波膜(5)以及用于激励振动和检测所述超声波膜(5)的振动的声换能器元件(7)，和屏障部分(3)，布置在所述超声波膜(5)前面并且由声学超材料制成。2.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其中声学超材料是宽带声学超材料，所述宽带声学超材料至少在入射角范围内能够被超声波以非共振方式隧穿。3.根据前述权利要求中任一项所述的超声波传感器组件，其中声学超材料由声学硬基底材料形成，在该声学硬基底材料中形成具有多个通孔(24)的栅格。4.根据权利要求3所述的超声波传感器组件，其中每个通孔(24)的直径小于由超声波膜(5)发射和接收的超声波的波长。5.根据权利要求4所述的超声波传感器组件，其中网格的两个相邻通孔(24)之间的距离大于通孔(24)的直径，并且小于由超声波膜(5)发射和接收的超声波的波长。6.根据权利要求3至5中任一项所述的超声波传感器组件，其特征在于，通孔填充有不同于所述基底材料的填充材料。7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波传感器组件，还包括：成形部件(13)，所述超声波传感器(2)以所述超声波膜(5)面向所述成形部件(13)的方式安装在所述成形部件上，成形部件(13)包括在所述超声波膜(5)前面的部分中的声学超材料的屏障部分(13)。8.根据权利要求7所述的超声波传感器组件，其中超声波传感器(2)通过超声波传感器(2)的壳体(4)的外壁连接到支架(14)上而安装在所述成形部件(13)上，并且所述支架(14)在所述屏障部分(3)外部的区域中紧固到所述成形部件(13)，其中所述超声波膜(5)的表面平行于所述成形部件...
【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：法雷奥开关和传感器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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