CN101160530A - 用于行人保护的碰撞传感器系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于行人保护的碰撞传感器系统包括至少一个具有多个激活区的箔片型开关元件。所述箔片型开关元件包括通过至少一个第一间隔体相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片，其中，所述至少一个第一间隔体包括多个定义所述激活区的至少第一部分的多个凹陷。在每一激活区内，通过这样的方式在所述第一和第二载体箔片之间布置至少两个电极结构，即，响应于作用在所述开关元件的激活区上的力，使所述第一和第二载体箔片克服弹性载体箔片的反作用力而被压到一起，在预定的激活阈值力之上，在所述至少两个电极结构之间建立电接触。根据本发明，将所述箔片型开关元件配置为使所述多个激活区中的第一组的激活阈值力不同于所述多个激活区中的第二组的激活阈值力。

Description

用于行人保护的碰撞传感器系统
技术领域
本发明总体上涉及一种碰撞传感器系统，其用于触发可展开装置(deployable device)的操作，所述可展开装置用于保护受到车辆前部撞击的行人。更具体地说，本发明涉及用于对撞击进行分类，以区分与行人的碰撞和其他类型的碰撞的碰撞传感器系统。
背景技术
在行人受到机动车辆，例如汽车的撞击时，行人头部与车辆防护罩之间的接下来的碰撞可能导致某种类型的损伤。为了将这些损伤降至最低，车辆制造商已经开始开发机动车辆安全系统，其将有助于在汽车/行人发生碰撞时保护行人。这样的安全系统包括一个或多个活动系统(active system)，例如，安装于防护罩的安全气囊或能量吸收防护罩面板，其被设计为将行人在诸如发动机护罩的车辆结构上受到的撞击的强烈度降至最低。
显然，对这样的活动系统的有效控制需要可靠的传感装置，其能够及时探测到车辆/行人碰撞的存在。必须在探测到车辆前部的初始碰撞之后的非常短的时间间隔内判断是否展开。
已知的碰撞传感器通常包括传感元件，其具有至少一种可测特性，所述可测特性随着传感元件形变或激活而变化。这样的传感元件包括，例如，光纤传感元件或力传感元件，其安装在车辆前保险杠上，并位于保险杠的前向区域内，例如，位于保险杠发泡芯材上的保险杠塑料或金属表皮下。这些已知的碰撞传感器能够探测到保险杠的形变强度或对传感器的激励，并可以采用其确定作用于目标和车辆之间的碰撞力的幅度。
为了可靠地区分与行人的碰撞和其他类型的碰撞，还希望感测目标与车辆之间的碰撞区的宽度，即，目标与车辆之间的接触表面的宽度。当前已知的传感器都无法探测撞击的强度和碰撞区的横向范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善的碰撞传感器系统。
这一目的是通过根据权利要求1所述的碰撞传感器系统实现的。这一用于行人保护的碰撞传感器系统包括至少一个具有多个激活区(active area)的箔片型开关元件。所述箔片型开关元件至少包括通过至少一个第一间隔体相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片，其中，所述至少一个第一间隔体包括多个定义所述激活区的至少第一部分的多个凹陷。在每一激活区内，通过这样的方式在所述第一和第二载体箔片之间布置至少两个电极结构，即，响应于作用在所述开关元件的激活区上的力，使所述第一和第二载体箔片克服弹性载体箔片的反作用力而被压到一起，在预定的激活阈值力之上，在所述至少两个电极结构之间建立电接触。根据本发明，将所述箔片型开关元件配置为使所述多个激活区中的第一组的激活阈值力不同于所述多个激活区中的第二组的激活阈值力。
第一组激活区的激活阈值力不同于第二组激活区的激活阈值力使得第一组中的激活区的灵敏度不同于第二组中的激活区的灵敏度。其导致这样的结果，即，激活阈值力较低的组的激活区可能响应于作用在碰撞传感器系统上的碰撞力而被激活，但另一组激活区中的激活区却未被激活，因为所述碰撞力没有超过所述另一组的较高激活阈值力。
在优选实施例中，将箔片型开关元件配置为，使激活区形成预定数量的组，并使某一组的激活区的具体预定激活阈值力不同于其他组的激活区的激活阈值力。由所要探测的不同的感兴趣的碰撞力的级别的数量确定通过这种方式形成的激活区的组的数量。如果(例如)出于识别的原因，必须在四个不同的作用力级别类别中对撞击的强度分类，那么所述箔片型开关元件将具有四组激活区，所述不同激活区的尺寸使得激活阈值力对应于不同作用力级别类别的边界值。然后，可以通过识别在撞击中被触发的具有最高激活阈值力的激活区组而利用所连接的控制单元探测撞击的强度，即，碰撞力的幅度。
在将所有的激活区配置为简单的开关元件的非常简单的箔片型开关元件的实施例中，可以通过在撞击情况下被激活的具体的组的激活区的数量以及其在车辆内的相应布局确定碰撞区的宽度。实际上，在与非常大的物体碰撞的情况下，横向相邻的激活区的数量将明显高于与小物体碰撞时的数量。因而，在预定方向内被激活的激活区的数量可以与碰撞区的宽度相关。
应当指出，可以通过多种可能的措施将箔片型开关元件的激活区的激活阈值力调整为预期值，例如，所述措施可以是对间隔体的凹陷和间隔体厚度的特殊设计和尺寸设定、对激活区的区域内载体箔片的特殊尺寸设定、可能在载体箔片上涂覆增强层、载体箔片之间的电极结构的特殊布置等。
在本发明的优选实施例中，可以将所述多个激活区中的至少一个配置为线性电位计。在这样的线性电位计的第一种变型中，所述第一电极结构包括细长的电阻材料片，其相对端被连接至不同的电势，所述第一电极结构布置在所述第一载体箔片上，所述第二电极结构包括按照与所述第一电极结构的面对关系布置在所述第二载体箔片上的导电层。在这样的线性电位计的另一种变型中，所述第一电极结构包括细长的电阻材料片和从所述细长的电阻材料片垂直延伸的若干条导电迹线，其中，所述第一电极布置在所述第一载体箔片上，并且其中，所述细长电阻材料片的相对端被连接至不同的电势，所述第二电极结构包括梳形电极，所述梳形电极具有总线电极和若干条从所述总线电极垂直延伸的导电迹线，所述第二电极结构布置在所述第一载体箔片上，从而使所述第一电极结构的所述导电迹线与所述电极结构的所述导电迹线按照交替的关系布置，并且其中，在所述第二载体箔片上按照与所述第一和第二电极结构的所述导电迹线面对的关系布置包括分路(shunt)元件的第三电极结构。
在两种实施例中，处于线性电位计的输出端子的信号均指示线性电位计受到触发的区域的位置和宽度。由此可知，如果在车辆内得到适当地布置，那么这些被配置为线性电位计的激活区可以用来确定碰撞区的位置和宽度，与被配置为简单开关的激活区组相比，其具有更高的空间分辨率。
在本发明的可能的实施例中，使所述多个激活区中的第一组与所述多个激活区中的所述第二组相邻布置。例如，所述布局可以使得所述第一组激活区和第二组激活区中的每者均沿车辆保险杠成一条线布置，并且其中，所述第一组激活区布置在所述第二组激活区之上。在另一个实施例中，使所述多个激活区中的所述第一组与所述多个激活区中的所述第二组按照交替的关系相邻布置，并且有规则地分布于所述碰撞传感器系统的感测区域之上，例如，沿单条线分布。
在另一实施例中，所述箔片型开关元件还包括至少一个第三载体箔片，所述第三载体箔片通过至少一个第二间隔体与所述第二载体箔片相隔一定距离布置，其中，所述至少一个第二间隔体包括多个界定所述激活区的至少第二部分的凹陷。在这种情况下，将不同的激活区布置在不同的层内，从而将所述多个激活区的所述第一组的所述至少一部分布置在(例如)所述多个激活区的所述第二组之上。在这一实施例的变型中，将所述激活区的所述第二部分配置为如上所述的线性电位计。
在又一个实施例中，将所述多个激活区内的每者配置为线性电位计，将所述线性电位计配置为具有不同的激活阈值力。应当认识到，线性电位计的上述两种变型都是可能的。
应当指出，优选将箔片型开关元件布置在车辆保险杠的外皮层的下面。在优选实施例中，所述碰撞传感器系统包括多个箔片型开关传感器，每一箔片型开关传感器具有多个激活区，将所述箔片型压力传感器并排布置在车辆外皮层的下面，从而使其沿横向延伸。所述多个箔片型开关元件可以采用(例如)公共载体箔片制造。
为了使局部激活分布于开关元件的整个区域上，所述碰撞传感器系统优选包括与所述箔片型开关元件相关的激活层，所述激活层用于使作用于所述开关元件上的力在所述多个激活区当中分布。在所述激活层的作用下，局部作用于所述箔片型开关层的部分上的力被传递(relayed)至所述箔片型开关元件的全部所述激活区，从而使所有的这些超过了激活阈值力的激活区都得到可靠的激活。
附图说明
通过下文中参考附图对几个非限制性实施例的说明，本发明将变得更加显见，其中
图1示意性地示出了描述所谓的实验室系统(外部参考系统)内汽车保险杠与撞击目标之间的碰撞的参数；
图2示出了撞击传感器系统的实施例；
图3示出了具有不同灵敏度的开关型传感器单元(图2中的A)的一部分以及细长的力敏感区(图2中的B)的放大图；
图4示出了穿过一组开关型传感器单元和穿过线性电位计单元的横截面；
图5示意性地表现了配备碰撞传感器的汽车保险杠上的碰撞事件；
图6示出了碰撞传感器的不同实施例，其中，将激活区布置在不同的层内；
图7示出了具有一个箔片型开关传感器的碰撞传感器的实施例，所述箔片型开关传感器包括两个具有不同激活阈值的线性电位计单元；
图8示出了具有三个箔片型开关传感器的碰撞传感器的实施例，每一箔片型碰撞传感器包括两个具有不同激活阈值的线性电位计单元。
具体实施方式
本发明涉及集成到汽车保险杠环境内的碰撞传感器系统，其用于探测与车辆和碰撞物体之间的碰撞相关的具体参数(例如，碰撞强度和碰撞区宽度)，从而实现对碰撞现象的分类。这样的传感器系统针对既定的撞击对象同时测量位置和有效力负载相对于时间的横向分布。附加的算法能够基于获取的数据实现对撞击对象的某种分类，以辨认行人并触发专用安全措施。
汽车保险杠10的典型几何结构如图1所示，图1示意性地示出了汽车与碰撞对象12之间的碰撞过程。汽车保险杠10由弹性表皮材料14以及位于其后的能量吸收介质16和刚性横梁18构成。为了识别碰撞对象12，必须将力传感系统集成到保险杠表皮14和横梁18之间。碰撞传感器系统测量碰撞位置和有效碰撞力的横向分布。一般而言，这些值取决于每一碰撞参与方的质量、材料参数、几何尺寸和速度。
图2示意性地示出了碰撞传感器系统100的实施例。所示的碰撞传感器包括其尺寸覆盖了汽车保险杠的整个长度L的层压箔片带。所述层压箔片带包括三个箔片型开关元件20、22和24，它们被制造在公共的载体箔片上，因而在工作过程中，将所述开关元件沿车辆保险杠并排布置。
箔片型开关元件通常包括通过间隔体30相隔一定距离布置的第一载体箔片26和第二载体箔片28(同时参考图4)。间隔体30包括多个具有不同形状(这里为矩形几何结构a、b)的凹陷结构，其用于界定所述开关元件的激活区32。在每一激活区内，通过这样的方式将至少两个电极结构34和36布置在所述第一和第二载体箔片26和28上，即，如果将载体箔片26和28压在一起，那么将在两个电极结构34和36之间形成电接触。
在图2所示的碰撞传感器中，每一开关元件20、22或24包括一组相对较小的、具有不同激活灵敏度的、与起着线性电位计作用的(具有不同灵敏度的)细长力敏感区40相结合的开关型传感器单元38。例如，将开关型传感器单元38配置为具有不同激活阈值力的简单的膜片开关。一般而言，在开关单元的电极之间建立接触所需的净力取决于载体箔片和间隔体材料以及受激传感器单元的几何结构。对于既定材料组合而言，能够通过改变相应激活区的几何结构简单地局部建立明确定义的激活阈值。这一点在图3中通过具有不同尺寸的激活区381、382、383得到了示意性的图示。
所述线性电位计单元具有细长的形状，并且可以按照图4的右半部分所示进行配置。布置在载体箔片28上的第一电极结构42包括细长的电阻材料片44，其相对端46和48被连接到不同的电势。第二电极结构50包括布置在载体箔片26上的导电层，其与所述第一电极结构42具有相互面对的关系。
就局部化的外部力负载(由撞击导致的)而言，两种类型的传感器38和40均由于载体箔片的机械接触而提供电信号。一般而言，建立这样的接触所需的净力取决于箔片和间隔体材料以及受激传感器单元的几何结构。对于既定材料组合而言，能够通过改变相应激活区的几何结构简单地局部建立明确定义的激活阈值。
因此，能够根据刚度在既定保险杠长度上的变化调整这样的传感器带的局部探测灵敏度。
所述传感器系统提供了一种简明的方法在与车辆保险杠10的碰撞过程中对碰撞对象进行分类。通过将与人一类的碰撞(弱势道路使用者)与误用区分开，能够使行人保护系统适当地展开。通常将传感器系统100放到位于车辆前端的泡沫状或热塑性减震器10内(参考图5)，由此实现对撞击的探测。在图示的实施例中，将撞击传感器100布置在能量吸收介质16和刚性横梁18之间。
在碰撞过程中，碰撞对象12使外侧保险杠表皮14发生形变z(s，t)，并挤压下面的能量吸收介质16。所述挤压取决于横向位置s(t)。碰撞感测是通过一个或多个开关型传感器38或线性电位计单元40完成的，在施加至所述系统的挤压力F(z)大于某一个或多个特定阈值水平FN(N＝1，2，……n)时，所述一个或多个开关型传感器38或线性电位计单元40将被激活。
不同激活阈值的实施允许考虑被转移的碰撞动量/能量对速度和质量的依赖性。此外，有可能定义某一针对重击探测(即高质量撞击)的特定阈值水平Fcrash。至少一个模拟传感器(具有激活阈值F0＜FN的线性电位计)的存在提供了有关碰撞的额外几何信息。这样的线性电位计传感器将力负载的变化转化为电阻变化。读取这些电阻值能够给出有关碰撞区的宽度s(t)以及所述碰撞的位置(碰撞中间点)的指示。在保险杠刚性存在局部变化的情况下，所述位置信息为基于软件的数据校准提供了额外的输入。为了最终对碰撞对象进行分类，一种算法将来自所有上述传感器的所有相对于时间的信号(signals versus time)均采纳为输入。
应当指出，可以将开关型传感器38以及电位计40组合到3层层压体(衬底-间隔体-衬底)内，所述3层层压体通过调整各个激活区的形状(如图2和图3所示)定义了不同的激活级别(在不同的保险杠位置处)。在这些实施例中，将第一组激活区垂直布置在第二组激活区之上。
此外，一个五层层压体提供了在同一感测位置实现两个激活阈值的额外优点(双开关/双电位计型或电位计-开关型；参见图6)。
可以使层压体带上的开关型传感器单元和电位计的横向分布保持灵活。除了图2所示的一般布局之外，可以采用具有不同激活水平的多电位计结构测量碰撞位置和在不同碰撞力下相对于时间的宽度。通过引入电位计区，还能够探测更为复杂的多次碰撞(参考图7和图8，前者示出了多电位计布局，后者示出了多区电位计布局)。
应当认识到，通过不同开关传感器单元38和/或电位计单元40的适当构造，能够根据刚性在既定保险杠长度上的变化调整这样的传感器带的局部探测灵敏度。例如，在工作过程中将被布置到保险杠的横向区域上的激活区可以具有尤其适于拐角区域内的较高保险杠刚性的灵敏度，其对于布置在保险杠的中央区域内的相应激活区将相应地具有不同的灵敏度形式。在图8所示的碰撞传感器的实施例中，这一构造将意味着线性电位计单元401和402的激活阈值力分别与对应的线性电位计单元403和404的激活阈值力不同。
在碰撞传感器的另一实施例中，与保险杠的特定区域相关的箔片型开关元件至少包括具有第一激活阈值力的第一多个线性电位计单元401，沿保险杠的所述区域并排布置所述多个线性电位计单元401。由于所述并排布置的多个线性电位计单元，这一碰撞传感器以针对碰撞区的探测的高空间分辨率为特征，从而能够实现对碰撞区的尺寸，乃至对接触区域的具体形状的精确探测。
通常来讲，凭借单个线性电位计单元只能确定线性电位计被激活的最外侧位置之间的距离。这表明，在采用沿保险杠的整个区域延伸的单个线性电位计单元的情况下，会将发生在相隔较远的碰撞位置处的碰撞情况，即，人的相隔较远的两个肢体的碰撞探测为在两个最外侧激活位置之间延伸的单个大探测区域。
凭借存在多个与特定的保险杠区域相关的线性电位计单元的传感器，将通过所述多个线性电位计单元中的一个或多个单独探测两个相隔较远的碰撞区中的每者，因而能够准确地判断上述碰撞情况。应当指出，在碰撞力局部作用于两个线性电位计单元之间的情况下，也就是说，如果碰撞区在一个以上的线性电位计单元上延伸，那么可以通过将不同的线性电位计单元内受到激活的表面相加而确定碰撞区。

Claims (12)

1.一种用于行人保护的碰撞传感器系统，其包括至少一个具有多个激活区的箔片型开关元件，所述箔片型开关元件至少包括通过至少一个第一间隔体相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片，其中，所述至少一个第一间隔体包括多个至少对所述激活区的第一部分进行界定的凹陷，其中，在每一激活区内，通过这样的方式在所述第一和第二载体箔片之间布置至少两个电极结构，使得响应于作用在所述开关元件的激活区上的力，使所述第一和第二载体箔片克服弹性载体箔片的反作用力而被压到一起，并且在预定的激活阈值力之上，在所述至少两个电极结构之间建立电接触，并且其中，将所述箔片型开关元件配置为使所述多个激活区中的第一组的激活阈值力不同于所述多个激活区中的第二组的激活阈值力。
2.根据权利要求1所述的碰撞传感器系统，其中将所述多个激活区中的至少一个配置为线性电位计，其中
所述第一电极结构包括细长电阻材料片，其相对端被连接至不同的电势，所述第一电极结构布置在所述第一载体箔片上，并且
所述第二电极结构包括布置在所述第二载体箔片上的导电层，其按照与所述第一电极结构相面对的关系布置。
3.根据权利要求1所述的碰撞传感器系统，其中，将所述多个激活区中的至少一个配置为线性电位计，其中
所述第一电极结构包括细长电阻材料片和若干条从所述的细长电阻材料片垂直延伸的导电迹线，其中，所述第一电极布置在所述第一载体箔片上，并且其中，所述细长电阻材料片的相对端被连接至不同的电势，
所述第二电极结构包括梳形电极，所述梳形电极具有总线电极和若干条从所述总线电极垂直延伸的导电迹线，所述第二电极结构布置在所述第一载体箔片上，从而使所述第一电极结构的所述导电迹线与所述电极结构的所述导电迹线按照交替的方式布置，并且
其中，在所述第二载体箔片上按照与所述第一和第二电极结构的所述导电迹线的面对关系布置包括分路元件的第三电极结构。
4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的碰撞传感器系统，其中，所述多个激活区内的所述第一组与所述多个激活区内的所述第二组相邻布置。
5.根据权利要求1到4中的任何一项所述碰撞传感器系统，其中，所述多个激活区中的所述第一组与所述多个激活区内的所述第二组按照交替的方式相邻布置，并且规则地分布于所述碰撞传感器系统的感测区域上。
6.根据权利要求1到5中的任何一项所述的碰撞传感器系统，其中，所述箔片型开关元件还包括至少一个第三载体箔片，所述第三载体箔片通过至少一个第二间隔体与所述第二载体箔片相隔一定距离布置，其中，所述至少一个第二间隔体包括对所述激活区的至少第二部分进行界定的多个凹陷。
7.根据权利要求6所述的碰撞传感器系统，其中，所述激活区的所述第二部分被配置为线性电位计。
8.根据权利要求1到7中的任何一项所述的碰撞传感器系统，其中，所述多个激活区中的每一个被配置为线性电位计。
9.根据权利要求1到8中的任何一项所述的碰撞传感器系统，其中，所述箔片型开关元件被布置在车辆保险杠的外皮层之下。
10.根据权利要求1到9中的任何一项所述的碰撞传感器系统，其包括多个箔片型开关传感器，每一所述箔片型开关传感器具有多个激活区，将所述箔片型压力传感器并排布置在车辆保险杠外皮层之下，从而使其沿横向延伸。
11.根据权利要求10所述的碰撞传感器系统，其中，采用公共载体箔片制造所述多个箔片型开关元件。
12.根据权利要求1到11中的任何一项所述的碰撞传感器系统，还包括与所述箔片型开关元件相关的激活层，所述激活层用于使作用于所述开关元件上的力在所述多个激活区之间分布。
CNA2006800127985A 2005-04-20 2006-04-20 用于行人保护的碰撞传感器系统 Pending CN101160530A (zh)

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