CN1701009A - 用于识别碰撞的装置 - Google Patents

Abstract

建议了一种压电电缆作为碰撞传感器，它可以实现直至四种不同的测量原理。除了在发生碰撞时引起一个压电脉冲的压电测量之外，还可以实现一种电容的测量、一种电感的测量和一种电阻的测量。

Description

用于识别碰撞的装置

技术背景

本发明由一种按照独立权利要求的前序部分所述的用于碰撞探测的装置出发。

由WO 01/98117 A1已知，通过所引起的压力或变形和加速度来求出行人的碰撞。

发明的优点

与之相比，具有独立权利要求所述特征的、用于碰撞探测的按照本发明的装置的优点在于：使用一种压电电缆(Piezo-Kabel)来探测碰撞。这种压电电缆的优点在于：它可以单独地或组合起来实现各种不同的测量原理。除此之外压电电缆的功能很可靠和简单。

通过在从属权利要求中所述的措施和改进方案可以对在独立权利要求中所述的用于碰撞探测的装置进行有利的改进。

特别有利的是：压电电缆可以应用至四种独立的测量原理来探测碰撞。一种电容测量方法算入其中，用以在其相对介电常数的方面表征出碰撞对象。因而可以方便地区分出一个人或者一个物体。通过压电效应可以进行一种第二测量。此时一个碰撞就产生了一个可以记录的压电脉冲。通过对运行时间差的分析处理那么尤其也可以测出碰撞位置。这例如可以借助于一种延迟导线(Ver-zoegerungsleitung)来实现。这种延迟导线最好可以通过一种设计成卷绕的金属丝的屏蔽机构来达到。

另一种可以用压电电缆实现的有利测试方法通过碰撞时电缆的伸长来实现。所述伸长引起了电阻的变化，这是可以测量到的，因此可以用来探测碰撞。若压电电缆的屏蔽机构作成电感的，那么电感测量可以作为第四种测量方法。因此可以表征出碰撞对象的导电性特征。这也就可以将一个人和一个物体区分开，并且也可以表征出物体的特性。

为了进行电容测量，压电电缆可以具有另外一个用作为用于检测电容变化的电极的屏蔽机构。该屏蔽机构可以设计成圆柱形或半圆柱形。因此可以加强定向作用。在这种情况下电缆的电场对准在碰撞部位里。通过这种定向效应尤其改善了信噪比。

此外其优点在于：表征出电阻变化的信号可以转换到较高的频率，以便不干扰其它的测量。因此可以很方便地使这些测量分开。

除此之外其优点还在于：压电电缆布置在一个保险杠的挡板里。此时可以更有利地将压电电缆注入或者夹紧在该挡板中。

附图说明

附图中表示了本发明的实施例，对此实施例则在以下描述中详细叙述。附图示出：

图1按本发明的装置的第一方块图；

图2按本发明的装置的简图；

图3用于说明电容测量的一个简图；

图4按本发明装置的一个第二方块图；

图5按本发明装置的一个第三方块图；

图6按本发明装置的一个第四方块图；

图7固定压电电缆的简图。

描述

基于ACEA(欧洲汽车制造商)自发提出的义务，在欧洲采用了一种保护行人的法规。

第一阶段从2005年起有效。其中所要求的极限值预计可以用纯粹被动的措施来实现，这就是汽车前端的造型和缓冲。

第二阶段从2010年起有效，并提出了实质上较高的要求。此处对于大多数汽车来说，需要用于满足极限值得主动的系统。由比增加了压力：在市场上引入一种主动的系统。

在促动器以及传感器领域里有各种不同的构思。在传感器领域中主要考虑的是遮蔽保险杠里的接触传感器。这种传感器基于力的测量和变形的改变，它们可以在保险杠的整个宽度上延伸。这种力传感器的实例是一种压电薄膜、应变片、光传感器或者复合材料制成的传感器。对于变形传感器来说部分是指光导体或者简单的接触开关。另外还可以直接在所谓“碰撞箱”上装上各种不同的测量加速度或力的传感器。此外也考虑了预先看到的传感器，例如象基于雷达的或视频传感器，它们根据反射的信号或者通过一种图象分析处理来识别行人。

为了保护行人，基本上都在发动机腔里集成有气囊系统或者就将发动机罩抬起，以便相应地抵消对人的碰撞。

接触传感器一般不能将一个垃圾筒或路灯与一个行人区分开。但这是所有以前介绍的用于识别碰撞的传感器的最大缺点。因此几乎对于每个冲撞车辆来说都可能由于热电操作的发动机罩的抬起或者也由于气囊释放而产生附加的损伤。

在碰撞箱部位里的易受干扰性是很高的，因为此处很大程度上传递汽车的振动，因此必须花费很大来探测行人碰撞。此外并不是所有的汽车都具有一个集成的碰撞箱。所谓碰撞箱此处是指防止乘客发生事故的一种吸收碰撞冲击能量的装置。

按照本发明建议了一种用于保护行人的探测方案，它一方面由于构造简单而成本很有利，另一方面由于结合了同时分析处理的电磁场而具有明显的防干扰性。

当今的保险杠由于一些法定规定-例如没有损伤的最小速度碰撞、行人保护以及尤其由于设计边界条件而与以前的明显不同。在重大事故时使变形能降低的金属保险杠焊接在汽车的纵梁上。用一种借助于螺旋销钉的通过元件的弹簧连接将一个塑料型材固定在保险杠上。塑料挡板通过碰撞缓冲-聚苯乙烯泡沫塑料或者泡沫材料构件固定在车底盘上和塑料型材上。在挡板上的冲击因此大大得到缓冲并延迟地继续传至保险杠减震器。对于装入传感器最灵敏的、最简单、最通用的地点位于每个汽车都有的挡板里。

保险杠挡板现在已经具有一些注入的嵌入件。如果在所述挡板里注入一种改变的压电电缆，那么可以由此还在预碰撞接触之前就电容地了解到，是否有一个具有相对介电常数为εr＝80的人或者一个导电的金属部件或一个垃圾筒等等正在靠近。压电电缆能按此进行的第一种测量原理是对电容变化的测量，如图3所表示的那样。汽车30在底盘32上在保险杠部位处有一个压电电缆31。该压电电缆具有一个屏蔽机构作为用于电容分析处理的电极，其中该屏蔽机构或者是圆柱形或者半圆柱形地可以布置在导体上。因此还略加强了定向效果。在图3中画出至人31的不同的电容，该电容出现在这里用N表示的人和各个不同的汽车元件之间。电容CMC出现于人和底盘之间，而电容CMK出现在人与电缆之间。在电缆和底盘之间的电容是CKC，而在人和地面之间电容为CMG。平行于电容CMG地可固定电阻RMG。在底盘和地面之间存在电容CCG以及与其平行的一个电阻RCG。由于所述距离，电容CMC和CMK可以变化。所述电容尤其取决于相对介电常数，对于人来说它尤其是由人的含水量来确定。对于人来说这个相对介电常数为ε_r＝80。电容测量可以有一个大于20cm的作用距离，这取决于电极如何设计以及如何调整灵敏度。同时测量屏蔽机构上相对接地的电位，将之放大、检波并通过一个带通以及比较仪输送给一个分析处理装置。通过与所存储的值进行比较(该存储的值都是由试验或模拟和分析计算确定的)，那就可以确定所述相对介电常数。CMC和CMK的阻抗变化是由于接近一种能导电的或者多水的元件而引起的，其中损失系数可以相互区分这两种情况。阻抗如此形成：Z＝Rp+I/(jωCp)。损失系数是比值Rp/ωCp。通过该损失系数对于电容器来说表示了：所述两个面的绝缘并不是最佳的。

压电电缆设计成同轴电缆并具有一个极化的芯线绝缘体，该绝缘体当有一个冲击脉冲时就输出一个电荷信号。这里就是有一个压电脉冲。这个信号然后通过一个电荷放大器、然后经一个带通和比较仪进行分析处理。通过局部感应的压电脉冲的运行时间差就可以分析出冲击的位置。这种脉冲一方面直接在一个压电电缆放大器里、另一方面在与压电电缆的终端电阻相反方向上运行，并且就在那里被反射并根据传播速度到达压电电缆分析处理装置的入口。一个屏蔽机构就是一种缠绕的金属丝，其电感为：

$L:=\frac{\mathrm{\π}\·D^2}{4\·l}\·n^2\·{\mathrm{\μ}}_r\·{\mathrm{\μ}}_0,$

其中1是导体的长度，D是缠绕直径，μr是相对磁导率，n为卷绕数，而电容为

$C:=\frac{(2\·\mathrm{\π}\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·l)}{\ln \left(\frac{D}{d}\right)},$

因此传播速度 $v=\frac{1}{\sqrt{l*c}}$ 相对于光速来说改变了一个系数约为120。延迟时间计算得t＝0.4μs/m。在第一和紧随其后的脉冲之间的时间差就给出了有关碰撞位置的信息。

作为第三种效应利用了电缆芯线的、也就是内部导体的长度变化来作为动态应变片，在碰撞时其长度以及因此其电阻都发生了变化。人们更加实用地应用了一种载频信号用于分析处理，这种载频信号不再干扰压电信号，因为它位于一个较高的频率范围里。最后可以通过屏蔽机构的感应结构在对象接近压电电缆时可以充分利用另外一个效应。可以通过这样一种电感的电缆成功地来区分导电良好的对象，例如汽车薄板(Autoblech)或自行车和不太易于导电的对象-如一个人或者塑料。

图1表示按照本发明的装置的一个方块图。压电电缆10通过一根导线与一个分析处理装置11连接。该分析处理装置11求出上面所述的在压电电缆上形成的测量原理。或者只是一种或者是这些原理的组合，其中所有这四种测量原理也可以都应用。分析处理装置11则将根据处理装置的信号传输给用于回拉系统的一个控制仪12。用于回拉系统的控制仪12还以另外的传感器13、例如从一种内腔传感器或者其它的碰撞传感器如加速度传感器获得其它信号。预碰撞传感器也可以配置于传感器13。此外控制仪12本身也具有传感器、尤其是加速度传感器，以便自己对一个碰撞进行记录，和/或对于从一个外部传感器来的碰撞信号进行似然化。控制仪12具有一个处理器，其中运行着用于回拉系统的一种触发算法。将传感器信号输入给该算法，以便然后根据对于该算法的分析处理来控制回拉装置14。这种回拉装置14是指乘客舱里的回拉装置-也就是安全气囊和安全带，以及用于保护行人的回拉装置-如外安全气囊或者例如可抬起的前罩。

图2以一个概略图表示了三种测量原理的准确的分析处理装置，它们形成于压电电缆上。此处充分利用了压电效应、压电电缆的伸长和电容性的分析处理。在图2a中这用一个方块图加以说明，而在图2b里则表示在一个通过构造的压电电缆的断面图里。图2b和2a各自表示了一个电缆芯201、也就是内部导体，它由一个内部的屏蔽机构202包围住，该屏蔽机构用于进行压电测量，其中这种内屏蔽机构202被另一个屏蔽机构203围住，该屏蔽机构用于电容地测量。内屏蔽机构202可以备选地也通过一种电感的设计用于电感的测量，以便通过导电性来表征出一个碰撞对象的特性。电阻RL使电缆芯201与内屏蔽机构202连接。这必须选择比75Ω时的电缆阻抗大1000倍左右，以便得到一种尽可能大的反射系数。

在方块图中表示了：内部导体201一方面与一个压电电缆分析处理装置204、另一方面与一个电阻分析处理装置205相连接。在压电电缆分析处理装置204里内部导体一方面与一个运算放大器214的一个负进口以及一个电容器215相连接，另一方面在电阻分析处理装置205中与一个电容器221和一个电阻209相连接。内部屏蔽机构202一方面与运算放大器214的正进口，而另一方面与一个变频器208相连接。外屏蔽机构203与一个电容分析处理器214相连，并与一个电容器218以及一个运算放大器217的逆反进口相连接。运算放大器217的非逆反的进口接地。电容器218的另一侧与运算放大器217的出口连接，并与一个相位灵敏的检波器219相连。这里使在电阻209里的电压降相位同步于信号源208地进行解调，也就是乘以+1或-1。

相敏检波器219与一个带通和一个比较仪220连接。方块220则通过其出口与一个逻辑机构和一个决策算法207相连。此处方块11进行分析处理。变频器208将屏蔽机构202上的信号转换到一个较高的频率，并且一方面接地，另一方面与电阻209和运算放大器210的非逆反的进口相连接。电容器221的另一侧一方面与运算放大器210的逆反进口、以及电阻211连接。电阻211又用作为反馈电阻，并因此在另一侧与运算放大器210的出口相连接。紧随着运算放大器210的则又是一个相敏检波器212和一个带通和比较器213，它们则连接在逻辑机构207上。电容器215用作为反馈电容器或者说它与运算放大器214就是一个电荷放大器。接着该放大器的是一个带通和比较器216，它们又与逻辑机构207连接。此逻辑机构规定了各个传感器的测量带宽和触发阈值。

图4用一个方块图表示了按本发明的装置。一个电容的分析处理装置C、一个由于长度变化引起的电阻变化R、一个压电脉冲的测量装置Pz和一个电感测量装置L如上所述与一个分析处理装置40相连接。这里使所有预先控制的测量原理都通过按照本发明的压电电缆而得以实现，从而可以很可靠地识别验证碰撞对象并确定碰撞位置。

图5表示按照本发明的装置的配置情况，其中只有电容测量装置C和压电测量装置Pz并与一个分析处理装置40相连。图6表示电阻测量R和压电测量Pz的组合，它们与分析处理装置60连接。这里可以有其它的组合。

图7表示了压电电缆在保险杠上的安装。图7中表示了电缆固定位置的一个分解图。一个保险杠70具有一个固定部位71，其中有一个用于电缆73的夹持架。该电缆可以或者是注入或者是夹紧进入到保险杠罩里。

如果使用压电电缆以便充分利用所述四种独立的效应-这些效应通过四种不同的物理效应而产生(它们是压电现象、在电容测量时电场的场变化、感应现象时的场变化以及由于内导体的压电电阻率的变化而使电阻变化)，那么可以通过似然性考虑将行人可靠地与其它对象区分开来，同时可以对测试效果进行分析处理，其中电感的或电容的传感器可以在与保险杠接触之前就触发，并因此可以用作为压电的和压电电阻的测量的触发器。

Claims (14)

1.用于探测碰撞的装置，其特征在于，该用于探测碰撞的装置具有至少一个压电电缆(10，200)。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电电缆(10，200)的配置应使该装置借助于压电电缆(10，200)可以探测到通过一个碰撞对象(31)的电容变化。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，压电电缆(10，200)具有一个第一屏蔽机构(202)作为用于检测电容变化的一个电极。

4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一屏蔽机构(202)圆柱形或半圆柱形地构成。

5.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述压电电缆(10，200)的配置应使一个碰撞引起一个压电脉冲。

6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置的配置应使它借助于一个运行时间差的测量来实现碰撞的位置分析。

7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，压电脉冲一方面直接进行分析处理，另一方面通过一个延迟导线输送给一个分析处理装置，以便由此求出运行时间差。

8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，将一个由一种缠绕的金属丝构成的第二屏蔽机构(203)设置为延迟导线。

9.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，压电电缆(10，200)的配置应使它在一个碰撞时有一种长度变化，该长度变化导致电阻的变化。

10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，一个表征电阻变化的信号被转换到一个较高的频率用于分析处理。

11.按权利要求8至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二屏蔽机构是感应式的，用于表征碰撞对象的导电能力。

12.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，压电电缆布置在一个保险杠(70)的一个挡板中。

13.按权利要求12所述的装置，压电电缆(73)注入在所述挡板中。

14.按权利要求12所述的装置，其特征在于，压电电缆(73)夹紧在所述挡板中。

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