-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren einer Überflutung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ultraschallsensor, welcher eine Membran mit einer Frontseite aufweist, über welche der Ultraschallsensor ein Sendesignal aussendet und ein Empfangssignal empfängt, sowie mit einer elektronischen Erkennungseinrichtung, welche anhand des Empfangssignals die Überflutung des Kraftfahrzeugs erkennen kann. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung, wie auch ein entsprechendes Verfahren.
-
Ultraschallsensoren sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Sie werden üblicherweise bei Parkhilfesystemen bzw. bei der so genannten Einparkhilfe eingesetzt und dienen in der Regel zum Erfassen der Fahrzeugumgebung. Es ist beispielsweise bekannt, mithilfe eines Ultraschallsensors die Abstände zwischen dem Fahrzeug und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen zu messen. Hierbei sendet der Ultraschallsensor ein Sendesignal bzw. einen Ultraschall aus, welches bzw. welcher dann an einem Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert und in Form eines Echos bzw. Empfangssignals wieder zum Ultraschallsensor gelangt. Anhand der Laufzeit des Ultraschalls wird dann der Abstand bestimmt.
-
Es ist außerdem Stand der Technik, einen Ultraschallsensor zur Erkennung einer Überflutung eines Kraftfahrzeugs einzusetzen. Ein derartiges Überflutungserkennungssystem ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2009 060 190 A1 bekannt. Hier wird die Überflutung durch die Auswertung der Schwingungseigenschaften des Ultraschallsensors erkannt. Es wird das vom Ultraschallsensor empfangene Empfangssignal ausgewertet und mit einem Referenzwert verglichen sowie in Abhängigkeit von diesem Vergleich festgestellt, ob die Membran des Sensors zumindest teilweise durch Wasser überflutet ist. Beispielsweise wird dabei die Ausschwingzeit, die Frequenz oder aber die Anzahl der vom Sensor empfangenen Echos ausgewertet. Der Ultraschallsensor weist hier zwei verschiedene Funktionen auf, nämlich einerseits die Funktion der Überflutungserkennung sowie andererseits auch die herkömmliche Funktion der Abstandsmessung beim Einparken. Es wird also ein üblicher Ultraschallsensor einer Einparkhilfe dazu verwendet, um die Überflutung zu detektieren.
-
Es wird bei solchen Überflutungserkennungssystemen angestrebt, den Ultraschallsensor so weit unten am Fahrzeug bzw. so tief am Fahrzeug zu platzieren, dass eine Überflutung besonders schnell bereits dann erkannt werden kann, wenn das Wasser noch nicht in den Motorraum des Fahrzeugs eingedrungen ist. Eine Anordnung des Ultraschallsensors im Motorraum oder aber zu weit unten am Fahrzeug hat jedoch den Nachteil, dass sich dann Gegenstände im Nahbereich des Ultraschallsensors befinden, welche sehr ähnliche Echosignale wie die Überflutung verursachen, sodass das gesamte System diese beiden Zustände voneinander nicht unterscheiden kann. Die Überflutung wird nämlich beispielsweise anhand der Ausschwingzeit der Membran erkannt. Im überfluteten Zustand ist diese Ausschwingzeit deutlich länger als ohne Wasser. Platziert man nun den Ultraschallsensor im Motorraum, so befinden sich in der Nähe des Sensors eine Vielzahl von Gegenständen, welche Echosignale verursachen, durch welche die Ausschwingzeit der Membran verlängert wird, was durch das System fälschlicherweise als Überflutung interpretiert werden könnte. Das Gleiche gilt bei Anordnung des Ultraschallsensors zu weit unten am Kraftfahrzeug. Hier würde das Sendesignal des Ultraschallsensors direkt an der Fahrbahn bzw. am Boden reflektieren und – ähnlich wie im Motorraum – als schnelles Echo wieder zum Ultraschallsensor gelangen, wodurch die Ausschwingzeit der Membran ebenfalls verlängert werden würde. Auch hier ist im Stand der Technik eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem überfluteten Zustand einerseits und solchen Reflexionen andererseits nicht möglich. Dadurch kann der Ultraschallsensor also nicht zu weit unten am Fahrzeug und auch nicht im Motorraum angeordnet werden, weil andernfalls die Bodenechos bzw. die Reflexionen an anderen Gegenständen sehr schlecht von der Überflutung unterschieden werden können. Folglich kann im Stand der Technik die Überflutung des Fahrzeugs erst relativ spät erkannt werden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung eine zuverlässige und insbesondere auch besonders schnelle Überflutungserkennung ermöglicht werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Detektieren einer – zumindest partiellen – Überflutung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfasst einen Ultraschallsensor, welcher eine Membran mit einer Frontseite zum Aussenden eines Sendesignals und zum Empfangen eines Empfangssignals aufweist. Die Vorrichtung umfasst auch eine elektronische Erkennungseinrichtung – beispielsweise einen Mikrocontroller –, welche anhand des Empfangssignals des Ultraschallsensors die Überflutung des Kraftfahrzeugs erkennen kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Dämpfungselement aufweist, mittels welchem die Frontseite der Membran zumindest bereichsweise abgedeckt ist.
-
Der erfindungsgemäße Effekt wird also dadurch erzielt, dass die Frontseite der Membran mit einem Dämpfungselement versehen wird, durch welches die Echosignale von vor dem Ultraschallsensor liegenden Gegenständen zumindest weitgehend unterdrückt werden können und somit die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors zur Überflutungserkennung erheblich verbessert wird. Die Erfindung basiert also auf der Erkenntnis, dass mit einfachen und kostengünstigen Mitteln sowie auch ohne eine Veränderung des Ultraschallsensors selbst eine Sensibilisierung des Sensors gegenüber der Überflutung möglich ist, indem die Frontseite der Membran mit einer zusätzlichen Masse gekoppelt wird, durch welche die Membran gegenüber den Echos der benachbarten Objekte abgeschirmt wird. Durch einen konstanten Druck auf die Frontseite der Membran verändert sich nämlich sowohl die Sendeleistung als auch die Empfangsempfindlichkeit des Ultraschallsensors wesentlich. Durch eine solche Dämpfung der Membran empfängt der Ultraschallsensor folglich keine Echos von benachbarten Objekten. Somit ist die Ausschwingzeit der Membran ohne Überflutung relativ kurz und wird durch die zusätzlichen Echos nicht beeinflusst. Im überfluteten Zustand hingegen verlängert sich die Ausschwingzeit deutlich, was mittels der elektronischen Erkennungseinrichtung erkannt und als eine Überflutung interpretiert werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit den Vorteil, dass der Ultraschallsensor auch in der Nähe der Fahrbahn, also beispielsweise am Fahrzeugboden oder aber selbst im Motorraum, platziert werden kann und trotzdem eine zuverlässige Überflutungserkennung möglich ist. Die Überflutung kann somit deutlich früher als im Stand der Technik detektiert werden.
-
Das Dämpfungselement ist vorzugsweise ein von einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs – und insbesondere von einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs – separates bzw. verschiedenes Element. Das Dämpfungselement ist bevorzugt auch ein von einer Halteeinrichtung separates Element, welche zur Halterung des Ultraschallsensors an einem Verkleidungsteil eingesetzt wird.
-
Das Dämpfungselement liegt vorzugsweise an der Frontseite der Membran an und kann insbesondere auch in vollflächige Anlage mit der Frontseite gebracht sein. Dies bedeutet, dass die vollständige Fläche der Frontseite in Anlage mit dem Dämpfungselement gebracht werden kann bzw. vollständig durch das Dämpfungselement abgedeckt werden kann. Somit wird eine zuverlässige und wirkungsvolle Dämpfung der Membran ermöglicht, sodass die Membran sicher gegen die Echos der benachbarten Gegenstände bzw. gegen Bodenechos abgeschirmt ist.
-
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement als eine haubenförmige Kappe ausgebildet ist, welche auf die topfförmige Membran aufgesetzt ist. Somit ist nicht nur die Frontseite der Membran mit dem Dämpfungselement abgedeckt, sondern zusätzlich auch der Außenumfang der topfförmigen und zylinderförmigen Membran. Das Dämpfungselement umgibt bzw. umgreift nämlich die topfförmige Membran außenumfänglich und liegt direkt an ihrem Außenumfang an. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zunutze, dass im Stand der Technik üblicherweise ein Entkopplungsring um die Membran herum eingesetzt wird, mittels welchem die Membran schwingungstechnisch von den benachbarten Komponenten – beispielsweise von dem Stoßfänger – entkoppelt wird. Anstelle eines derartigen Entkopplungsrings kann nun eine Kappe mit einem Boden als Dämpfungselement eingesetzt werden, mit welcher zusätzlich noch die Frontseite der Membran abgedeckt ist und somit mit einem einzigen Element die Überflutungserkennung verbessert wird. Eine Kappe als Dämpfungselement hat auch den Vorteil, dass die Membran des Ultraschallsensors quasi gegen Signalechos aus unterschiedlichen Richtungen abgeschirmt ist.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement aus Kunststoff und/oder aus einem weich-elastischen Material, wie beispielsweise aus Gummi und/oder aus Silikon, gebildet ist. Somit kann die Membran besonders wirkungsvoll gedämpft werden. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Dämpfungselement aus einem nicht-metallischen Material gebildet ist.
-
Um eine zuverlässige Befestigung des Dämpfungselements an der Membran ohne viel Aufwand zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement mit der Frontseite der Membran verklebt ist.
-
Ergänzend oder alternativ zu einer solchen Klebstoffschicht kann auch vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement zumindest an die Frontseite der Membran angespritzt ist. Somit ist auch eine formschlüssige Verbindung realisiert, welche eine besonders große Haftfestigkeit aufweist und somit über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs aufrechterhalten werden kann.
-
Das Dämpfungselement kann auch – beispielsweise in Form eines Plättchens oder dergleichen – auf die Frontseite der Membran aufgepresst werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Membran bzw. der Ultraschallsensor auf eine Dichtung gedrückt wird, welche beispielsweise eine breite Dichtungsfuge im Kraftfahrzeug sein kann.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Erkennungseinrichtung die Überflutung des Kraftfahrzeugs bzw. die Überflutung des Ultraschallsensors in Abhängigkeit von einer Ausschwingzeit der Membran erkennt. Die Ausschwingzeit der Membran ist dabei diejenige Zeitdauer, für welche die Schwingung der Membran nach der aktiven Anregung der Membran mittels eines Piezoelements aufrechterhalten wird. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass diese Ausschwingzeit im überfluteten Zustand des Sensors deutlich länger als im normalen Zustand ohne Wasser ist. Durch Vergleich der gemessenen Ausschwingzeit der Membran mit einem abgelegten Referenzwert kann somit auf einfache Weise und ohne viel Rechenaufwand überprüft werden, ob der Ultraschallsensor und somit das Fahrzeug selbst überflutet ist oder nicht. Die Auswertung der Ausschwingzeit erweist sich also insbesondere in Verbindung mit dem Dämpfungselement als besonders vorteilhaft, weil das Dämpfungselement die Membran gegen Signalechos von benachbarten Gegenständen abschirmt und somit die Ausschwingzeit durch diese Echos nicht beeinflusst wird. Die Auswertung der Ausschwingzeit ermöglicht also in Verbindung mit dem Dämpfungselement eine zuverlässige und eindeutige Feststellung, ob ein überfluteter Zustand vorliegt oder nicht.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest zwei Ultraschallsensoren aufweist, welche auch den oben genannten Ultraschallsensor mit dem Dämpfungselement umfassen können oder aber zwei von dem genannten Sensor separate und gegebenenfalls auch ohne ein Dämpfungselement auskommende Ultraschallsensoren sein können. Dann kann eine Kreuzmessung zwischen den beiden Ultraschallsensoren durchgeführt werden, indem ein erster Ultraschallsensor ein Sendesignal aussendet und ein zweiter Ultraschallsensor dieses Sendesignal als eigenes Empfangssignal empfängt. Die Erkennungseinrichtung kann nun anhand des Empfangssignals des zweiten Ultraschallsensors die Überflutung erkennen. Diese Ausführungsform wiederum macht sich die Tatsache zunutze, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Wasser deutlich höher als in der Luft ist und somit eine solche indirekte Messung bzw. Kreuzmessung deutlich schneller als in der Luft erfolgt. Auch die Dauer des ersten empfangenen Echos ist bei einer solchen Kreuzmessung im Wasser deutlich länger als in der Luft, weil das Sendesignal im Wasser Verwirbelungen hinter sich verursacht. Somit kann durch eine derartige Kreuzmessung auch besonders zuverlässig eine Überflutung des Ultraschallsensors erkannt werden. Diese Ausführungsform kann beispielsweise zur Plausibilisierung genutzt werden, und zwar insbesondere in der Weise, dass die Erkennungseinrichtung zunächst die Überflutung anhand der Ausschwingzeit der Membran erkennt und diese Entscheidung dann anhand einer Kreuzmessung überprüft bzw. plausibilisiert.
-
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
Bei dem Kraftfahrzeug kann vorgesehen seins, dass der Ultraschallsensor in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs oder aber an einem Fahrzeugboden angeordnet ist. Somit kann der überflutete Zustand besonders schnell erkannt werden.
-
Das Kraftfahrzeug kann auch einen Parkhilfe-Ultraschallsensor aufweisen, welcher Bestandteil einer Einparkhilfe ist und somit zum Unterstützen des Fahrers beim Rangieren des Fahrzeugs dient. Der Parkhilfe-Ultraschallsensor sowie der mit dem Dämpfungselement versehene Ultraschallsensor der Vorrichtung können höhenversetzt zueinander angeordnet sein, wobei der Ultraschallsensor der Vorrichtung tiefer als der Parkhilfe-Ultraschallsensor angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die beiden Ultraschallsensoren in Fahrzeughochrichtung versetzt zueinander positioniert sind und hierbei der Sensor der Einparkhilfe höher als der Ultraschallsensor mit dem Dämpfungselement angeordnet ist.
-
Der Ultraschallsensor der Überflutungserkennungsvorrichtung ist bevorzugt ein herkömmlicher Ultraschallsensor, wie er auch bei der Einparkhilfe eingesetzt wird. Der einzige Unterschied besteht also in dem Dämpfungselement, welches nun die Frontseite der Membran abdeckt und somit den Ultraschallsensor insgesamt so verstimmt, dass dieser „blind” für Signalechos von benachbarten Gegenständen ist.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Detektieren einer Überflutung eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Ultraschallsensors, welcher eine Membran mit einer Frontseite aufweist, über welche der Ultraschallsensor ein Sendesignal aussendet und ein Empfangssignal empfängt. Mittels einer elektronischen Erkennungseinrichtung wird die Überflutung des Kraftfahrzeugs anhand des Empfangssignals erkannt. Mittels eines Dämpfungselements wird die Frontseite der Membran zumindest bereichsweise abgedeckt.
-
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch einen Ultraschallsensor einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Ein in der Figur dargestellter Ultraschallsensor 1 kann beispielsweise ein herkömmlicher Ultraschallsensor sein, wie er üblicherweise bei Parkhilfesystemen von Fahrzeugen verwendet wird. Der Ultraschallsensor 1 hat ein Sensorgehäuse 2, welches einen zylindrischen Grundkörper 3 sowie einen davon radial nach außen abstehenden Stecker 4 aufweist. Über den Stecker 4 kann der Ultraschallsensor 1 mit einer nicht dargestellten elektronischen Erkennungseinrichtung elektrisch gekoppelt werden. Diese Erkennungseinrichtung kann auch ein Steuergerät eines Parkhilfesystems des Kraftfahrzeugs sein. Dieses zentrale Steuergerät empfängt also Messsignale von einer Vielzahl von Ultraschallsensoren.
-
Aus dem Grundkörper 3 des Sensorgehäuses 2 ragt in axialer Richtung bzw. entlang einer Längsachse 5 des Ultraschallsensors 1 eine topfförmige Membran 6 heraus, welche beispielsweise aus Aluminium gebildet ist. Die Membran 6 hat die Form eines Zylinders, welcher an seiner Stirnseite bzw. Frontseite 7 mit einem Boden abgeschlossen ist und einen umlaufenden Mantel 8 aufweist. Der Boden der Membran 6 stellt also die Frontseite 7 der Membran 6 dar, durch welche Ultraschallsignale ausgesendet und empfangen werden können.
-
Der Ultraschallsensor 1 ist also mit der elektronischen Erkennungseinrichtung elektrisch gekoppelt. Diese Erkennungseinrichtung dient zum Detektieren einer Überflutung des Ultraschallsensors 1 und somit der Überflutung des Kraftfahrzeugs, an welchem der Ultraschallsensor 1 angeordnet ist. Der Sensor 1 kann dabei in einem Motorraum oder aber am Fahrzeugboden angeordnet sein, und insbesondere auch höhenversetzt zu anderen Ultraschallsensoren, welche als Einparkhilfe eingesetzt werden. Dabei ist der Ultraschallsensor 1 vorzugsweise tiefer als die anderen Sensoren angeordnet.
-
Insbesondere dient der Ultraschallsensor 1 also ausschließlich zur Erkennung der Überflutung. Gegebenenfalls kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass dieser Ultraschallsensor 1 auch zur Abstandsmessung verwendet wird. Bevorzugt wird jedoch diejenige Ausführungsform, bei welcher der Ultraschallsensor 1 ausschließlich zur Überflutungserkennung eingesetzt wird und hierbei beispielsweise im Motorraum oder aber am Fahrzeugboden platziert wird.
-
Die Erkennungseinrichtung detektiert die Überflutung der Membran 6 abhängig von einer Ausschwingzeit der Membran 6. Diese Ausschwingzeit wird in der Erkennungseinrichtung gemessen und mit abgelegten Referenzwerten verglichen. Überschreitet die Ausschwingzeit einen vorgegebenen Grenzwert, so wird dies als eine Überflutung interpretiert. Diese Entscheidung kann gegebenenfalls anhand von weiteren Kriterien plausibilisiert werden, wie beispielsweise anhand einer Kreuzmessung zwischen zumindest zwei Sensoren.
-
Damit diese Ausschwingzeit der Membran 6 nicht durch Signalechos von benachbarten Gegenständen oder aber vom Boden selbst beeinflusst wird, wird im Ausführungsbeispiel ein Dämpfungselement 9 aus einem weich-elastischen Material und/oder aus Kunststoff eingesetzt, welches die Membran 6 frontseitig und somit die vollständige Frontseite 7 der Membran 6 abdeckt und außerdem vollflächig an der Frontseite 7 anliegt. Dieses Dämpfungselement 9 ist im Ausführungsbeispiel in Form einer haubenartigen Kappe bereitgestellt, welche auf die topfförmige und komplementäre Membran 6 frontseitig aufgesteckt und mit der Frontseite 7 beispielsweise verklebt ist. Somit umgreift das Dämpfungselement 9 die Membran 6 auch außenumfänglich, nämlich mit einem umfänglichen Mantel 10. Ein Boden 11 des Dämpfungselements 9 liegt demgegenüber direkt an der Frontseite 7 der Membran 6 an.
-
Anstelle eines herkömmlichen Entkopplungsrings, wie er üblicherweise auf die Membran 6 aufgesteckt wird, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein haubenartiges Dämpfungselement 9 verwendet, welches zusätzlich noch die Frontseite 7 vollständig abdeckt. Somit wird mit einfachen und kostengünstigen Mitteln die Sensitivität des Sensors 1 zur Überflutungserkennung erheblich verbessert. Die Unterdrückung der Echosignale von benachbarten Objekten ermöglicht nun eine niedrigere Anordnung des Ultraschallsensors 1 am Kraftfahrzeug.
-
Alternativ zum nachträglichen Aufsetzen des kappenartigen Dämpfungselements 9 kann auch zumindest die Frontseite 7 der Membran 6 mit einem Kunststoffmaterial umspritzt werden, sodass das Dämpfungselement 9 zumindest an die Frontseite 7 angespritzt wird. Auch andere Ausführungsformen sind möglich, bei welchen das Dämpfungselement 9 beispielsweise auf die Frontseite 7 aufgepresst wird.
-
Das Dämpfungselement 9 stellt also eine zusätzliche Masse an der Membran 6 dar, wodurch die Schwingungseigenschaften beeinflusst werden und hierbei insbesondere die Resonanzfrequenz der Membran 6 verschoben wird. Das Dämpfungselement 9 verstimmt also den Ultraschallsensor 1 derart, dass dieser „blind” für Signalechos von benachbarten Gegenständen ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009060190 A1 [0003]