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Die
Erfindung geht aus von einem Kontaktsensor eines Fahrzeug nach der
Gattung des unabhängigen
Patentanspruchs.
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Aus
DE 102 05 398 A1 ist
bereits ein Frontsensor eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein Aufprall
bzw. ein Kontakt erkannt wird. Dazu wird eine Kavität in der
Fahrzeugfront verwendet, in der sich ein Druck- oder Temperatursensor
befindet. Durch den Aufprall kommt es zu einem adiabatischen Druck-
bzw. Temperaturanstieg innerhalb der Kavität, die dann gemessen werden
kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Kontaktsensor
eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat
demgegenüber
den Vorteil, dass nunmehr mittels wenigstens eines Schallsensors über den
Körperschall,
der in einem Werkstück auf
Grund eines Kontakts mit einem Objekt erzeugt wurde, gemessen wird.
Dieser Körperschall
oder das Geräusch
wird auf Grund der hohen Schallgeschwindigkeit im Werkstück sehr
schnell vom Schallsensor erfasst. Insbesondere wird hierbei ein
Bruchgeräusch
detektiert, das ein sehr charakteristisches Schallspektrum aufweist
und somit leicht erkannt werden kann.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen ist es möglich,
den im Patentanspruch 1 genannten Kontaktsensor in vorteilhafter
Weise weiterzubilden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das Werkstück
eine Sollbruchstelle aufweist. Dies ermöglicht einen definierten Bruch
bei einem Kontakt mit dem Objekt und damit ein definiertes Geräusch. Auch
die Gestaltung des Werkstücks
an sich bewirkt die Erzeugung eines Geräusches, das vorgegeben ist
und von anderen Geräuschen,
beispielsweise mittels Korrelationsverfahren, getrennt werden kann.
Vorteilhafter Weise ist das Werkstück aus Kunststoff gefertigt
und insbesondere weist es auch Fasern auf. Damit ist es ein leichtes
und einfaches Werkstück,
das beispielsweise in die Stoßstangen
oder Front- oder Seitenteile oder Heckteile integriert werden kann.
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Vorteilhafter
Weise ermittelt der Kontaktsensor anhand der Laufzeit des Geräusches den
Kontaktort. Dies kann insbesondere bei einer Anordnung durchgeführt werden,
die wenigstens zwei Schallsensoren aufweist, weil dann durch einen
Vergleich der Signale und insbesondere ihrer Zeiten, zu denen sie beim
jeweiligen Schallsensor ankommen, einen Hinweis auf die Laufzeit
und damit auf den Kontaktort erhalten werden kann.
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Vorteilhafter
Weise ist ein Schallsensor ein Mikrofon, das reversibel ist und
damit als Lautsprecher betreibbar ist und somit bei einer Anordnung
mit mehreren Schallsensoren für
einen Test der Sensoren verwendet werden kann, indem der als Lautsprecher
verwendete Schallsensor Geräusche
abgibt und damit die anderen Schallsensoren auf ihre Funktionsweise
hin geprüft
werden können,
indem sie dieses Geräusch
empfangen.
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Vorteilhafter
Weise muss das Werkstück nicht
so gestaltet sein, dass es nur bei einem Bruch ein messbares Geräusch für den Schallsensor
abgibt, sondern dass das Werkstück
auch einen Knackfroscheffekt aufweist, d.h. bereits bei einer Berührung, die
genügend
ist, um den Knackfroscheffekt auszulösen, kommt es zu einem messbaren
und definierten Geräusch,
das der Schallsensor erfassen kann. Damit ist insbesondere die Unterscheidung zwischen
einer Person und einem Lampenmasten möglich. Es liegt also eine Objektunterscheidung
vor. Auch eine Crashschwereunterscheidung kann so erlangt werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass das Werkstück eine geräuscherzeugende und wenigstens
eine geräuschleitende
Schicht aufweist. Die geräuscherzeugende
Schicht, die beispielsweise den Knackfroscheffekt aufweist, führt zur
Erzeugung des definierten Geräusches,
während
die geräuschleitende Schicht
dieses Geräusch
weiterleitet. Schichten mit unterschiedlichen Brucheigenschaften
zu verwenden, verhilft ebenso unterschiedliche Bruchgeräusche bei
einer Kollision zu bekommen. Es ist damit auch möglich, dass bei einem leichteren
Unfall nur die äußeren Schichten
brechen und bei einem schwereren Unfall auch die inneren Schichten.
Dies ermöglicht
eine genaue Einschätzung
der Unfallschwere. Sollte eine erste Schicht den Knackfroscheffekt
aufweisen und damit den Schall gegebenenfalls deshalb schlechter
leiten, dann ist eine besser den Schall leitende Schicht vorzusehen.
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Schließlich ist
es auch von Vorteil, dass das Werkstück der Länge nach erstreckt ist, beispielsweise
der Länge
der Fahrzeugfront und an beiden Enden jeweils wenigstens ein Schallsensor
angeordnet ist, so dass damit ein Kontakt sehr einfach messbar und
charakterisierbar ist.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Kontaktsituation und
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2 ein
Blockschaltbild.
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Beschreibung
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Zunehmend
werden Kontaktsensoren in der Fahrzeugtechnik eingesetzt. Deren
Aufgabe ist nicht nur, einen Fußgängeraufprall
zu erkennen oder Parkrempler zu identifizieren, sondern auch, bei
einem Aufprall mit einem anderen Fahrzeug, frühzeitig ein Signal über einen
Kontakt zu erhalten. Diese Information kann dann nutzbringend in
einem Auslösealgorithmus
zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln verwendet werden. Als
Kontaktsensoren sind bereits verschiedene Konzepte vorgeschlagen
worden. Dazu zählen neben
den konventionellen Beschleunigungssensoren oder Beschleunigungsschaltern auch
die im Stand der Technik erwähnten
Sensoren.
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Erfindungsgemäß wird ein
Kontaktsensor vorgeschlagen, bei dem mittels eines Schallsensors ein
Geräusch,
das in einem Werkstück
durch einen Aufprall verursacht wurde, erfasst wird. Damit wird der
Körperschall
erfasst. Dafür
ist auch ein besonderes Werkstück
vorgesehen, das in besonderer Art und Weise gestaltet ist, um ein
entsprechend identifizierbares Geräusch für den Schallsensor zu erzeugen.
Durch werkseitige Versuche kann das Geräusch bereits so hinreichend
identifiziert sein, dass es dann beim tatsächlichen Auftreten in einem
Kontaktfall durch einen an den Schallsensor angeschlossenen Prozessor
in einfacher Weise, beispielsweise durch Korrelationsverfahren,
identifiziert werden kann. Auch können entsprechende Filter,
die elektrischer oder elektronischer Art sein können, auf das zu erwartende
Geräusch
in einem Kontaktfall abgestimmt werden. Das Werkstück kann
dafür beispielsweise eine
Sollbruchstelle aufweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, das
Werkstück
aus Kunststoff oder Fasern zu fertigen, wobei dabei eine besondere
Schicht zur Geräuscherzeugung
und eine weitere Schicht zur Geräuschleitung
verwendet wird. Um nicht nur auf solche Kontakte zu reagieren, die
zu einem Brechen des Werkstücks
führen,
kann in dem Werkstück
auch ein Knackfroscheffekt vorgesehen sein, so dass bei einer elastischen
Verformung des Werkstücks
bereits ein entsprechendes Geräusch
erzeugt wird. Auch dieses Geräusch
ist vorbestimmt, so dass eine einfache Identifikation dieses Geräusches möglich ist.
Der Schallsensor als Mikrofon kann selbst als Lautsprecher betrieben
werden, so dass, wenn mehrere Schallsensoren an das Werkstück angeschlossen sind,
damit Tests durchgeführt
werden können,
ob die einzelnen Schallsensoren funktionieren.
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1 zeigt
in einer Ansicht die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kontaktsensors.
Ein Objekt 12 kommt in Kontakt mit einem Werkstück 11, an
dessen Enden jeweils Schallsensoren 10 und 16 angebracht
sind. Diese Schallsensoren sind für Körperschall empfindlich. Das
Werkstück 11 weist
eine Sollbruchstelle 18 auf, auf die hier das Objekt 12 trifft. Das
Werkstück
weist weiterhin drei Schichten 13, 14 und 15 auf,
wobei insbesondere die Schicht 13 zur Geräuscherzeugung
verwendet wird und die Schicht 14 vorzugsweise zur Geräuschleitung.
Die Schicht 14 ist insbesondere auf Schallleitung optimiert.
Dies ist durch die Pfeile 17 angedeutet.
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Das
durch das Objekt hervorgerufene Geräusch, das dann in der Schicht 14 zu
den Schallsensoren 10 und 16 übertragen wird, wird dann auf
der elektronischen Seite dahingehend ausgewertet, dass die beiden
Zeiten, zu denen das Geräusch
bei den Schallsensoren 10 und 16 ankommt, miteinander verglichen
wird, um die Kontaktstelle festzustellen. Darüber hinaus muss das Geräusch durch
Korrelationsverfahren dahingehend geprüft werden, ob es auch auf Grund
eines Kontakts zu Stande gekommen ist. In Weiterbildungen kann vorgesehen
sein, dass solche Sollbruchstellen 18 an verschiedenen
Orten des Werkstücks 11 vorgesehen
sind. Das Werkstück 11 ist
hier aus Kunststoff und Fasern gefertigt, so dass verschiedene Schallspektren,
die sich je nach Eindringtiefe und Geschwindigkeit unterscheiden, entstehen.
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Die
Detektion des Geräuschs
erfolgt, wie gesagt, über
die Schallsensoren 10 und 16, die den Körperschall
des Werkstücks
aufnehmen. Durch die Laufzeitunterschiede bzw. Phase des Crashschalls (Geräusch) wird
der Kontaktort festgestellt. Die meisten Schallsensoren kann man
auch als Schallquellen (Lautsprecher) benutzen. Durch diese zusätzliche Funktion
kann der gesamte Aufbau beim Einschalten auf seine korrekte Funktion
hin überprüft werden.
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Durch
Einbringen von Strukturen in den Kunststoff kann man auch definierte
Geräusche
erzeugen, ohne den Kunststoff zu beschädigen. Dies entspricht dem
Knackfroschprinzip. Hier kann es von Vorteil sein, eine Schall erzeugende
sowie leitende und eine zweite den Schall vornehmlich leitende Schicht
vorzusehen. In Verbindung mit der oben genannten Methode ist es
möglich,
ein breites Spektrum von Crasharten abzudecken. Zum Beispiel Personenerkennung über das
Knackfroschprinzip und Lampenmasten über den definierten Bruch der Kunststoffschichten.
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2 erläutert in
einem Blockschaltbild den erfindungsgemäßen Kontaktsensor im Verbund
mit weiteren Komponenten eines Personenschutzsystems. Der Kontaktsensor 20 liefert
sein Signal an ein Steuergerät 21,
das dieses Signal auswertet und derart bewertet, dass beispielsweise
bereits eine Objektidentifikation bzw. Crashschwere abgeschätzt werden
kann. Dieses Signal wird vom Steuergerät 21 an das Steuergerät 23 überragen,
das zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln 24 benutzt
wird. Das Steuergerät 23 erhält von der
Sensorik 22 weitere Daten, wie von Beschleunigungssensoren,
Drucksensoren, Insassensensoren und Precrashsensoren. Auf Grund
dieser Sensordaten und der Kontaktsensordaten bestimmt das Steuergerät 23 mit
einem Prozessor, ob eine Auslöseentscheidung
getroffen wird. Ist das der Fall, dann wird bei korrekter Funktionsweise
der Komponenten des Steuergeräts 23 eine
Ansteuerung der Personenschutzmittel 24 vorgesehen. Diese
Ansteuerung geschieht in Abhängigkeit
von den gesamten Sensordaten.