Title:
Sensoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit Ultraschallsensor und einer einen planaren Transformator aufweisenden Spannungsversorgungsvorrichtung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (9) für ein Kraftfahrzeug (1), mit zumindest einem Ultraschallsensor (4), welcher eine Membran (11) und ein Wandlerelement (12) zum Anregen der Membran (11) aufweist, und mit einer Spannungsversorgungsvorrichtung (10) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung (U), wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) einen Transformator (17) aufweist, welcher mit dem Wandlerelement (12) elektrisch verbunden ist, und wobei der Transformator (17) eine erste Spule (18) und eine zweite Spule (19) aufweist, wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) eine Leiterplatte (26) mit einer ersten Leiterbahn (28) und einer zweiten Leiterbahn aufweist, wobei erste Leiterbahn (28) die erste Spule (18) bildet und die zweite Leiterbahn die zweite Spule (19) bildet.




Inventors:
Rostocki, Paul-David (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Gotzig, Heinrich, Dr. (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Application Number:
DE102016113752A
Publication Date:
02/01/2018
Filing Date:
07/26/2016
Assignee:
Valeo Schalter und Sensoren GmbH, 74321 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE112009001937T5N/A2011-06-16
DE102008025128B3N/A2010-01-14



Claims:
1. Sensoranordnung (9) für ein Kraftfahrzeug (1), mit zumindest einem Ultraschallsensor (4), welcher eine Membran (11) und ein Wandlerelement (12) zum Anregen der Membran (11) aufweist, und mit einer Spannungsversorgungsvorrichtung (10) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung (U), wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) einen Transformator (17) aufweist, welcher mit dem Wandlerelement (12) elektrisch verbunden ist, und wobei der Transformator (17) eine erste Spule (18) und eine zweite Spule (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) eine Leiterplatte (26) mit einer ersten Leiterbahn (28) und einer zweiten Leiterbahn aufweist, wobei erste Leiterbahn (28) die erste Spule (18) bildet und die zweite Leiterbahn die zweite Spule (19) bildet.

2. Sensoranordnung (9) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) ein erstes Schaltelement (22) zum Bereitstellen einer zeitlich veränderlichen Eingangsspannung (Ue) an dem Transformator (17) aufweist.

3. Sensoranordnung (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung (10) ein Gleichrichterelement (23) zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung (Ua) des Transformators (17) und eine Schalteinrichtung (14) mit zumindest einem zweiten Schaltelement (15) zum Erzeugen der Versorgungsspannung (U) aus der mit dem Gleichrichterelement (23) gleichgerichteten Ausgangsspannung (Ug) aufweist.

4. Sensoranordnung (9) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (22) und/oder das zumindest eine zweite Schaltelement (15) auf der Leiterplatte (26) angeordnet ist.

5. Sensoranordnung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (17) einen Transformatorkern (20) umfasst und die Leiterplatte (26) zumindest eine Öffnung (32) aufweist, wobei der Transformatorkern (20) zumindest bereichsweise in der zumindest einen Öffnung (32) der Leiterplatte (26) angeordnet ist.

6. Sensoranordnung (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (18) und/oder die zweite Spule (19) den Transformatorkern (20) zumindest bereichsweise umgibt.

7. Sensoranordnung (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (20) die erste Spule (18) und/oder die zweite Spule (19) zumindest bereichsweise umgibt.

8. Sensoranordnung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterbahn (28) auf einer Oberseite (27) der Leiterplatte (26) angeordnet ist und die zweite Leiterbahn auf einer Rückseite (29) der Leiterplatte (26) angeordnet ist.

9. Sensoranordnung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (26) mehrere Schichten aufweist und die erste Leiterbahn (28) und die zweite Leiterbahn in verschiedenen Schichten der Leiterplatte (26) angeordnet sind.

10. Sensoranordnung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterbahn (28) und die zweite Leiterbahn zumindest bereichsweise nebeneinander angeordnet sind.

11. Sensoranordnung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (26) und der Transformator (17) Teil eines Steuergeräts (3) des Kraftfahrzeugs (1) sind.

12. Sensoranordnung nach einem der Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (26) und der Transformator (17) in einem separaten Gehäuse angeordnet sind.

13. Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Sensoranordnung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

14. Kraftfahrzeug (1) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 13.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Ultraschallsensor, welcher eine Membran und ein Wandlerelement zum Anregen der Membran aufweist, und mit einer Spannungsversorgungsvorrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung einen Transformator aufweist, welcher mit dem Wandlerelement elektrisch verbunden ist, und wobei der Transformator eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensoranordnung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem.

Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoranordnungen, welche zumindest einen Ultraschallsensor umfassen. Ultraschallsensoren sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Diese werden beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen, insbesondere in sogenannten Parkhilfesystemen eingesetzt, um den Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Die Ultraschallsensoren messen dabei die Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug einerseits und den in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen Hindernissen andererseits. Mittels einer Membran wird ein Ultraschallsignal ausgesendet, welches dann von dem Hindernis in der Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektiert wird und wieder zu dem Ultraschallsensor gelangt, und zwar in Form eines Echos. Dieses Ultraschallsignal wird mithilfe der Membran empfangen. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird die Membran mittels eines Wandlerelements beziehungsweise piezoelektrischen Elements angeregt. Wenn umgekehrt die Membran durch das empfangene Ultraschallsignal angeregt wird, erzeugt das ebenfalls angeregte Wandlerelement ein elektrisches Signal, welches im Hinblick auf die zu detektierenden Abstände ausgewertet werden kann. Dabei erfolgt die Abstandsmessung in Abhängigkeit von der Laufzeit des ausgesendeten Ultraschallsignals.

Die Ultraschallsensoren, die aktuell im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden, werden üblicherweise mit einem 12 V-Bordnetz betrieben. Um mit dem Wandlerelement, das insbesondere aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist, eine ausreichende Bewegungsamplitude zum Anregen der Membran zu erreichen, ist es erforderlich, dass das Wandlerelement mit einer vorbestimmten Versorgungsspannung betrieben wird. Diese vorbestimmte Versorgungsspannung kann beispielsweise im Bereich zwischen 50 V und 100 V liegen. Zum Bereitstellen dieser Versorgungsspannung weisen die Ultraschallsensoren üblicherweise einen Transformator auf, der die 12 V-Spannung auf die vorbestimmte Versorgungsspannung transformiert. Dadurch, dass der Ultraschallsensor den Transformator umfasst, benötigt dieser viel Bauraum, weist ein hohes Gewicht auf und ist zudem in der Herstellung teuer. Ferner ergeben sich durch die Verwendung des Transformators elektrisch unerwünschte Nebeneffekte. Beispielsweise schwingt das Wandlerelement und damit auch die Membran verhältnismäßig lange nach.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art, die zumindest einen Ultraschallsensor und eine Spannungsversorgungsvorrichtung umfasst, kostengünstiger und Bauraum sparender bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einer Ausführungsform weist eine Sensoranordnung für ein Kraftfahrzeug zumindest einen Ultraschallsensor auf, welcher insbesondere eine Membran und ein Wandlerelement zum Anregen der Membran aufweist. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung bevorzugt eine Spannungsversorgungsvorrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung insbesondere einen Transformator aufweist, welcher mit dem Wandlerelement elektrisch verbunden ist und wobei der Transformator bevorzugt eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist. Des Weiteren weist die Spannungsversorgungsvorrichtung insbesondere eine Leiterplatte mit einer ersten Leiterbahn und einer zweiten Leiterbahn auf, wobei die erste Leiterbahn bevorzugt die erste Spule bildet und die zweite Leiterbahn bevorzugt die zweite Spule bildet.

Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor, welcher eine Membran und ein Wandlerelement zum Anregen der Membran aufweist. Darüber hinaus weist die Sensoranordnung eine Spannungsversorgungsvorrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung auf, wobei die Spannungsversorgungsvorrichtung einen Transformator aufweist, welcher mit dem Wandlerelement elektrisch verbunden ist, und wobei der Transformator eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist. Die Spannungsversorgungsvorrichtung weist ferner eine Leiterplatte mit einer ersten Leiterbahn und einer zweiten Leiterbahn auf, wobei die erste Leiterbahn die erste Spule bildet und die zweite Leiterbahn die zweite Spule bildet.

Die Sensoranordnung kann beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs sein, welches den Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs unterstützt. Die Sensoranordnung kann zumindest einen Ultraschallsensor umfassen, mit dem ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Objekt bzw. einem Hindernis in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Hierzu kann mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Ferner kann mit dem Ultraschallsensor das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal bzw. Echo empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird die Membran des Ultraschallsensors mit dem Wandlerelement zu mechanischen Schwingungen angeregt. Das Wandlerelement kann insbesondere aus einem piezoelektrischen Material gefertigt sein. Dieses piezoelektrische Material verformt sich bei dem Anlegen einer elektrischen Spannung. Um eine Verformung des piezoelektrischen Materials zu erreichen, die zum Anregen der Membran ausreichend ist, ist es erforderlich, dass eine vorbestimmte elektrische Versorgungsspannung an dem Wandlerelement angelegt wird. Diese zeitlich veränderliche Versorgungsspannung wird mit der Spannungsversorgungsvorrichtung der Sensoranordnung bereitgestellt. Diese Spannungsversorgungsvorrichtung weist den Transformator auf, der wiederum zumindest zwei Spulen aufweist. Mithilfe des Transformators kann beispielsweise eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung transformiert werden, welche im Vergleich zu der Eingangsspannung eine höhere Spannung bzw. Amplitude aufweist.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung eine Leiterplatte bzw. eine Platine aufweist. Auf dieser Leiterplatte sind die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn angeordnet. Dabei bildet die erste Leiterbahn die erste Spule und die zweite Leiterbahn bildet die zweite Spule des Transformators. Die erste und die zweite Leiterbahn können nach Art einer Planarspule bzw. Flachspule ausgebildet sein. Der Transformator kann insbesondere als sogenannter Planartransformator bzw. planarer Transformator ausgebildet sein. Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn können jeweils eine Mehrzahl von Windungen aufweisen. Die erste und die zweite Leiterbahn sind insbesondere mittels einer bekannten Leiterplattentechnik hergestellt. Beispielsweise können die Leiterbahnen aus einem Metall, insbesondere Kupfer, gebildet sein. Dadurch, dass der Transformator zumindest teilweise durch die Leiterbahnen der Leiterplatte gebildet ist, kann dieser besonders Bauraum sparend ausgebildet werden. Darüber hinaus zeichnet sich Transformator durch eine kostengünstige Herstellung aus.

Bevorzugt weist die Spannungsversorgungsvorrichtung ein erstes Schaltelement zum Bereitstellen einer zeitlich veränderlichen Eingangsspannung an dem Transformator auf. Die Spannungsversorgungsvorrichtung kann einen Eingang aufweisen, an welchem eine Gleichspannung angelegt werden kann. Diese Gleichspannung kann beispielsweise von einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs oder einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, bereitgestellt werden. Bei der Gleichspannung, die am Eingang der Spannungsversorgungsvorrichtung angelegt werden kann, handelt es sich insbesondere um eine Niedervoltspannung, welche beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 V und 16 V liegen kann. Um eine zeitlich veränderliche Eingangsspannung an dem Eingang des Transformators bereitzustellen, ist ferner das erste Schaltelement vorgesehen, mittels welchem die Gleichspannung an dem Eingang des Transformators geschaltet werden kann. Bei dem ersten Schaltelement kann es sich beispielsweise um einen Transistor handeln. Mithilfe des ersten Schaltelements kann die Gleichspannung am Eingang des Transformators so geschaltet werden, dass als die zeitlich veränderliche Eingangsspannung eine im Wesentlichen rechteckförmige Spannung bereitgestellt wird. Das erste Schaltelement kann beispielsweise mit einer Schaltfrequenz betrieben werden, die mehrere kHz, bevorzugt 1 MHz beträgt. Mithilfe des ersten Schaltelements kann auf einfache und effektive Weise die zeitlich veränderliche Eingangsspannung für den Transformator bereitgestellt werden. Zudem ermöglicht die Verwendung des ersten Schaltelements, das insbesondere als Transistor ausgebildet ist, eine Bauraum sparende Ausgestaltung der Spannungsversorgungsvorrichtung.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Spannungsversorgungsvorrichtung ein Gleichrichterelement zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung des Transformators und eine Schalteinrichtung mit zumindest einem zweiten Schaltelement zum Erzeugen der Versorgungsspannung aus der mit dem Gleichrichterelement gleichgerichteten Ausgangsspannung auf. Mithilfe des Transformators kann die zeitlich veränderliche Eingangsspannung in die zeitlich veränderliche Ausgangsspannung transformiert werden. Dabei weist die Ausgangsspannung im Vergleich zu der Eingangsspannung eine höhere Amplitude bzw. Spannung auf. Mithilfe des Gleichrichterelements, das beispielsweise eine Diode umfassen kann, kann die zeitlich veränderliche Ausgangsspannung gleichgerichtet werden. Somit kann eine gleichgerichtete Spannung bereitgestellt werden, welche beispielsweise in einem Bereich zwischen 50 V und 100 V liegen kann. Des Weiteren weist die Spannungsversorgungsvorrichtung eine Schalteinrichtung auf, welche wiederum zumindest ein zweites Schaltelement umfasst. Bei dem zweiten Schaltelement kann es sich ebenfalls um einen Transistor handeln. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Schalteinrichtung zwei oder vier Schaltelemente aufweist, die beispielsweise zu einer Brückenschaltung verbunden sein können. Eine solche Brückenschaltung kann dann mit einer entsprechenden Logikeinheit angesteuert werden, sodass aus der gleichgerichteten Ausgangsspannung die Versorgungsspannung zum Ansteuern des Wandlerelements bereitgestellt werden kann. Die Versorgungsspannung kann ebenfalls eine zeitlich veränderliche Spannung sein, deren Frequenz in einem Bereich zwischen 30 kHz und 80 kHz liegen kann. Beispielsweise kann die Frequenz der zeitlich veränderlichen Versorgungsspannung im Bereich von 50 kHz liegen. Mithilfe der Versorgungsspannung kann das Wandlerelement bzw. das piezoelektrische Element in mechanische Schwingungen versetzt werden und somit die Membran, die mit dem Wandlerelement gekoppelt ist, zum Aussenden des Ultraschallsignals anregen. Durch die Verwendung der Schalteinrichtung zum Bereitstellen der Versorgungsspannung können kürzere Ausschwingzeiten des Ultraschallsensors bzw. der Membran dank der aktiven Ansteuerung des Wandlerelements erreicht werden. Des Weiteren kann durch die Schalteinrichtung auf einfache Weise die Möglichkeit bereitgestellt werden, dass das Ultraschallsignal entsprechend codiert wird.

Bevorzugt ist das erste Schaltelement und/oder das zumindest eine zweite Schaltelement auf der Leiterplatte angeordnet. Wie bereits erläutert, können das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement als Transistoren ausgebildet sein. Das erste und/oder das zweite Schaltelement können zusätzlich zu den Leiterbahnen, welche die Spulen des Transformators bilden, auf der Leiterplatte angeordnet sein. Ferner können auf dieser Leiterplatte weitere Bauelemente angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gleichrichterelement, welches eine Diode umfasst, auf der Leiterplatte angeordnet sein. Ferner kann das Gleichrichterelement einen Kondensator zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsspannung aufweisen, welcher ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet sein kann. Zudem kann eine Logikeinheit zum Ansteuern des ersten und des zumindest einen zweiten Schaltelements auf der Leiterplatte angeordnet sein. Damit können die Komponenten der Spannungsversorgungsvorrichtung auf der Leiterplatte Bauraum sparend und kostengünstig bereitgestellt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Transformator einen Transformatorkern umfasst und die Leiterplatte zumindest eine Öffnung aufweist, wobei der Transformatorkern zumindest bereichsweise in der zumindest einen Öffnung der Leiterplatte angeordnet ist. Der Transformator kann einen Transformatorkern aufweisen, der beispielsweise durch einen Ferritkern gebildet ist. Beispielsweise kann der Transformatorkern zweiteilig ausgebildet sein. Dabei kann ein erster Teil des Transformatorkerns ausgehend von einer Oberseite an der Leiterplatte angeordnet werden und ein zweiter Teil des Transformatorkerns kann ausgehend von einer Unterseite an der Leiterplatte angeordnet werden. Zumindest ein Bereich des Transformatorkerns kann sich durch eine Öffnung der Leiterplatte hindurch erstrecken. Es können auch mehrere Öffnungen in der Leiterplatte vorgesehen sein, durch welche sich jeweilige Bereiche des Transformatorkerns hindurch erstrecken. Der Transformatorkern kann beispielsweise mit der Leiterplatte verklebt werden. Wenn der Transformatorkern mehrteilig ausgebildet ist, können die einzelnen Teile des Transformatorkerns miteinander verklebt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Teile des Transformatorkerns an einem entsprechenden Halteelement miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann der Transformator bauraumsparend ausgebildet werden.

Gemäß einer Ausführungsform umgibt die erste Spule und/oder die zweite Spule den Transformatorkern zumindest bereichsweise. Der Transformatorkern kann beispielsweise eine runde Querschnittsfläche aufweisen bzw. zylinderförmig ausgebildet sein. Die erste Spule und/oder die zweite Spule können dann ebenfalls rund ausgebildet sein und den Transformatorkern umgeben. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Transformatorkern einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Spulen entsprechend an die Form des Transformatorkerns angepasst sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform umgibt der Transformatorkern die erste Spule und/oder die zweite Spule zumindest bereichsweise. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Transformatorkern einen ersten Bereich aufweist, welcher von der ersten Spule und/oder der zweiten Spule umgeben ist und dass der Transformatorkern einen zweiten Bereich aufweist, welcher die erste Spule und/oder die zweite Spule zumindest bereichsweise umgibt. Dies ermöglicht einen effizienten Betrieb des Transformators.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Leiterbahn auf einer Oberseite der Leiterplatte angeordnet und die zweite Leiterbahn ist auf einer Rückseite der Leiterplatte angeordnet. Bei der Herstellung der Leiterplatte kann auf der Vorderseite die erste Leiterbahn hergestellt werden und auf der Rückseite die zweite Leiterbahn hergestellt werden. Die jeweiligen Leiterbahnen können beispielsweise durch ein entsprechendes Ätzverfahren oder Fräsverfahren hergestellt werden. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung der Leiterbahn.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Leiterplatte mehrere Schichten auf und die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn sind in verschiedenen Schichten der Leiterplatte angeordnet. Mit anderen Worten kann die Leiterplatte als Multilayer-Leiterplatte aus gebildet sein. Dabei sind die einzelnen Leiterbahnen in unterschiedlichen Schichten bzw. Lagen der Leiterplatte angeordnet. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Transformator mehrere Spulen bzw. Leiterbahnen aufweist die in unterschiedlichen Schichten der Leiterplatte angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn zumindest bereichsweise nebeneinander angeordnet. Beispielsweise können sowohl die erste Leiterbahn als auch die zweite Leiterbahn auf der Oberseite der Leiterplatte oder sowohl die erste Leiterbahn als auch die zweite Leiterbahn auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sein. Wenn die Leiterplatte mehrschichtig ausgebildet ist, können die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn in der gleichen Schicht angeordnet sein. Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn können nebeneinander oder auch zumindest bereichsweise ineinander angeordnet sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Spulen des Transformators.

In einer Ausführungsform sind die Leiterplatte und der Transformator Teil eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung Teil des Steuergeräts des Kraftfahrzeugs ist. Es kann also vorgesehen sein, dass ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs die Spannungsversorgungsvorrichtung der Sensoranordnung bildet. Dieses Steuergerät kann ebenfalls eine entsprechende Recheneinheit aufweisen, mittels welcher die Signale der Ultraschallsensoren ausgewertet werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Leiterplatte und der Transformator in einem separaten Gehäuse angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spannungsversorgungsvorrichtung in einem separaten Gehäuse angeordnet ist. Somit wird die Spannungsversorgungsvorrichtung, welche die Leiterplatte, die Leiterbahnen für die Spulen des Transformators und die übrigen elektronischen Bauteile der Spannungsversorgungsvorrichtung umfasst, nach Art eines Schalterregers bereitgestellt.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist, wobei jeder der Ultraschallsensoren elektrisch mit der Spannungsversorgungsvorrichtung verbunden ist. Die Sensoranordnung kann eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweisen, die beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden können. Dabei ist jeder Ultraschallsensoren elektrisch mit der Spannungsversorgungsvorrichtung verbunden. Somit kann mit einer einzigen Spannungsversorgungsvorrichtung die erforderliche vorbestimmte Versorgungsspannung zum Betrieb der jeweiligen Wandlerelemente beziehungsweise piezoelektrischen Elemente der Ultraschallsensoren bereitgestellt werden. Somit ergibt sich eine besonders Bauraum sparende und kostengünstige Sensoranordnung.

Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Sensoranordnung. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise als sogenanntes Parkhilfesystem ausgebildet sein, mit dem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs unterstützt werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Sensoranordnung umfasst;

2 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik;

3 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

4 einen Transformator einer Spannungsversorgungsvorrichtung der Sensoranordnung.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Fall als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum ein Steuergerät 3, das beispielsweise ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 sein kann. Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 eine Sensoranordnung 9, die zumindest einen Ultraschallsensor 4 umfasst.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 9 acht Ultraschallsensoren 4. Dabei sind vier Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 und vier Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 sind insbesondere dazu ausgebildet, ein Objekt 8 beziehungsweise ein Hindernis in einer Umgebung 7 des Kraftfahrzeugs 1 zu erfassen. Des Weiteren sind die Ultraschallsensoren 4 insbesondere dazu ausgelegt, einen Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 zu bestimmen. Das Steuergerät 3 ist mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung 9 gemäß dem Stand der Technik. Die Sensoranordnung 9 umfasst den Ultraschallsensor 4 sowie eine Spannungsversorgungsvorrichtung 10. Der Ultraschallsensor 4 umfasst eine Membran 11, die vorliegend nur schematisch dargestellt ist. Die Membran 11 kann beispielsweise topfförmig ausgebildet sein und aus Aluminium gefertigt sein. Darüber hinaus umfasst der Ultraschallsensor 4 ein Wandlerelement 12, das mit der Membran 11 stoffschlüssig verbunden sein kann. Das Wandlerelement 12 kann insbesondere aus einem piezoelektrischen Material gebildet sein. Die Spannungsversorgungsvorrichtung 10 umfasst eine Spannungsquelle 13, die beispielsweise durch einen 12 V-Energiespeicher oder durch ein 12 V-Bordnetz des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung 9 eine Schalteinrichtung 14, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei zweite Schaltelemente 15 umfasst, die als Transistoren ausgebildet sind. Die zweiten Schaltelemente 15 sind jeweils mit einer Logikeinheit 16 verbunden, mit denen die zweiten Schaltelemente 15 angesteuert werden können. Insbesondere ist die Logikeinheit 16 jeweils mit einem Steueranschluss, beispielsweise einem Gate-Anschluss, des zweite Schaltelements 15 verbunden.

Um die Membran 11 zu mechanischen Schwingungen zum Aussenden des Ultraschallsignals anzuregen, ist es erforderlich, das Wandlerelement 12 mit einer vorbestimmten Versorgungsspannung U anzusteuern. Diese Versorgungsspannung U kann beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 100 V liegen. Zum Bereitstellen der vorbestimmten Versorgungsspannung U ist ein Transformator 17 vorgesehen, mit dem die 12 V-Spannung, die mit der Spannungsquelle 13 bereitgestellt wird, auf die erforderliche Versorgungsspannung U transformiert wird. Der Transformator 17 weist eine erste Spule 18, eine zweite Spule 19 und einen Transformatorkern 20 auf. Der Transformator 17 ist ferner mit der Schalteinrichtung 14 verbunden. Dies ermöglicht, dass als die vorbestimmte Versorgungsspannung U eine zeitlich veränderliche Spannung bereitgestellt wird. Somit kann die Membran 11 mittels des Wandlerelements 12 so angeregt werden, dass diese das Ultraschallsignal aussendet. Bei der Sensoranordnung 9 gemäß 2 weist der Transformator 17 eine große Baugröße und ein hohes Gewicht auf.

3 zeigt eine Sensoranordnung 9 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier weist die Spannungsversorgungsvorrichtung 10 einen Eingang 21 auf, an welchem die Gleichspannung angelegt werden kann. Dabei ist die erste Spule 18 des Transformators 17 mit einem ersten Schaltelement 22 verbunden. Das erste Schaltelement 22 ist vorliegend als Transistor ausgebildet. Das erste Schaltelement 22 ist ferner mit der Logikeinheit 16 verbunden, mittels welcher ein Steuersignal zum Steuern des ersten Schaltelements 22 bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann das erste Schaltelement 22 mit einer Schaltfrequenz angeregt werden, welche 1 MHz beträgt. Mithilfe des ersten Schaltelements 22 kann an einem Eingang des Transformators 17 bzw. an der ersten Spule 18 die zeitlich veränderliche Eingangsspannung Ue bereitgestellt werden. Wenn diese Eingangsspannung Ue an dem Transistor 17 angelegt wird, ergibt sich am Ausgang bzw. an der zweiten Spule 19 des Transformators 17 die Ausgangsspannung Ua. Darüber hinaus weist die Spannungsversorgungsvorrichtung 10 ein Gleichrichterelement 23 auf, welches eine Diode 24 umfasst. Mithilfe des Gleichrichterelements 23 bzw. der Diode 24 kann die Ausgangsspannung Ua gleichgerichtet werden. Somit ergibt sich am Ausgang des Gleichrichterelements 23 die gleichgerichtete Ausgangsspannung Ug. Das Gleichrichterelement 23 weist ferner einen Kondensator 25 zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsspannung Ug auf.

Vorliegend weist die Schalteinrichtung 14 vier zweite Schaltelemente 15 bzw. Transistoren auf. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung 14 einen oder zwei zweite Schaltelemente aufweist. Die zweiten Schaltelemente 15 sind ebenfalls mit der Logikeinheit 16 zum Ansteuern der jeweiligen zweiten Schaltelemente 15 verbunden. Mittels der Schalteinrichtung 14 kann aus der gleichgerichteten Ausgangsspannung Ug die vorbestimmte Versorgungsspannung U zum Betreiben des Wandlerelements 12 bereitgestellt werden. Die Versorgungsspannung U kann beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 30 kHz und 80 kHz, insbesondere 50 kHz betragen.

4 zeigt den Transformator 17 in einer Perspektivansicht. Dabei ist der Transformator 17 als Planartransformator ausgebildet. 4 zeigt eine Leiterplatte 26 der Spannungsversorgungsvorrichtung 10 auf deren Oberseite 27 eine erste Leiterbahn 28 angeordnet ist. Diese erste Leiterbahn 28 bildet die erste Spule 18 des Transformators 17. Auf einer Rückseite 29 der Leiterplatte 26 ist eine vorliegend nicht zu erkennende zweite Leiterbahn angeordnet, welche die zweite Spule 19 des Transformators 17 bildet. Der Transformatorkern 20 ist vorliegend durch einen Ferritkern gebildet, der einen ersten Teil 30 und einen zweiten Teil 31 aufweist. Die beiden Teile 30 und 31 können mit einem Halteelement 33 miteinander verbunden werden. Die Leiterplatte 26 weist vorliegend drei Öffnungen 32 auf, durch welche der Ferritkern bzw. der Transformatorkern 20 zumindest bereichsweise geführt ist.

Durch die Ausgestaltung des Transformators 17 als Planartransformator kann eine Bauraum sparende Spannungsversorgungsvorrichtung 10 bereitgestellt werden. Dabei kann es zudem vorgesehen sein, dass das erste Schaltelement 22 sowie die zweiten Schaltelemente 15 auf der Leiterplatte 26 angeordnet sind. Zudem können die Diode 24 und der Kondensator 25 des Gleichrichterelements 23 auf der Leiterplatte 26 angeordnet sein.