DE102004038984A1

DE102004038984A1 - Vorrichtung zur Crashdetektion

Info

Publication number: DE102004038984A1
Application number: DE200410038984
Authority: DE
Inventors: Matthias Wellhoefer; Volker Frese; Ralf Walther
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006018333A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Crashdetektion vorgeschlagen, mit wenigstens einem ersten Sensor, dessen Signal zur Plausibilisierung des Signals wenigstens eines zweiten, einen Crash detektierenden Sensors ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Sensor ein omnidierektional messender, vorzugsweise ein Körperschall detektierender oder magnetostriktiver Sensor ist. Ferner wird vorgeschlagen, einen magnetostriktiven Sensor zur Crashdetektion einzusetzen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Crashdetektion.
Ein Airbagsteuergerät wertet die an verschiedenen Stellen gemessene Beschleunigung in einem Fahrzeug aus, um einen Crash zu detektieren. Zusätzlich zu den Beschleunigungs- sensoren werden auch andere Sensoren zu Crashdetektion eingesetzt, z.B. Drucksensoren, die die Verformung eines an der Aushaut befindlichen Hohlraumes messen. Um eine Fehlauslösung bei einem Sensordefekt zu vermeiden, werden immer Signale von 2 Sensoren benötigt, um eine Auslösung zu ermöglichen. Meist wird unterschieden zwischen dem diskriminierenden Sensor und dem plausibilisierenden Sensor. Der diskriminierende Sensor ist in der optimalen Position zur Bestimmung der Crashschwere eingebaut. Der plausibilisierende Sensor ist für Detektion eines bestimmten Crashes nicht optimal einbaut, er detektiert z.B. in eine andere Richtung.
Als Beispiel hiefür seien die beiden zentralen Sensoren in x- und y Richtung genannt. Bei einem Frontal Crash treten starke Beschleunigungen in X Richtung (Fahrzeuglängsrichtung) auf. Diese können zu Diskriminierung des Crashes herangezogen werden. Aber auch in Y Richtung (Fahrzeugquerachse) treten Beschleunigungen infolge des Wackelns des Fahrzeugs auf. Somit könnte das Y-Signal ebenfalls zu einer Plausibilität herangezogen werden.
Je nach Crash ist das in Y- Richtung erzeugte Signal eines zentralen Sensors relativ schwach, so dass eine sehr geringe Schwelle für eine Plausibilität bei einem Frontcrash gegeben ist und diese mit hoher Wahrscheinlichkeit auch bei Schlechtwegstrecken überschritten wird. Zudem können die in Y-Richtung auftretenden Beschleunigungen erst relativ spät diese Schwelle überschreiten, so dass mit einer Auslöseverzögerung durch die Plausibilität zu rechnen ist. Dies ist besonders im Zusammenhang mit Drucksensoren in der Seitentür zu beobachten. Anhand des Druckes in der Seitentür lässt sich in sehr kurzer Zeit (ca. 3-5 ms) ein Seitencrash detektieren. Eine Plausibilität durch Beschleunigungssensoren kommt dann teilweise später.
Als Plausibilitätssensoren werden heute üblicherweise Beschleunigungssensoren im Steuergerät verbaut. Zusätzlich müssen auch periphere Beschleunigungs- oder Drucksensoren für eine Plausibilität herangezogen werden, insbesondere für eine Seitencrasherkennung.
Daher sind eine große Anzahl von Sensoren im Gesamtsystem erforderlich, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Andererseits ist das Messprinzip des Plausibilitätssensors, insbesondere bei Seitencrashs, wie oben skizziert von besonderer Bedeutung, da bei Verwendung von schnellen Seitenchrashsensoren (Drucksensoren) und Beschleunigungssensoren zur Plausibisierung das Warten auf die Plausibilisierung durch den Beschleunigungssensor die Auslösezeit bestimmt.
Manche Systeme enthalten ein bis zwei Upfront-Sensoren oder Upfront-Switches (in vorderen Teil des Fahrzeugs), welche lediglich für die Plausibilität von Frontcrashs eingesetzt werden.
Vorteile der Erfindung
Da sich Körperschall im Stahl und Edelstahl relativ schnell (ca. 5000m/s) fortpflanzt, kann ein von einem Crash herrührendes Schallsignal schnell als eine Plausibilität für einen Crash detektiert werden. Dieser den Körperschall messendende Sensor muss dabei nicht in der Nähe der Crashzone aufgebaut sein, sondern kann sich auch direkt beim Steuergerät befinden und trotzdem deutlich schneller als reine Beschleunigungssensoren eine Plausibilität liefern. Somit kann mit Hilfe eines Körperschall messenden Sensors (z.B. eines Klopfsensors, der die Schallwellen im Material piezoelektrisch misst) eine zufriedenstellende, schnelle Plausibilisierung einer Crashsensorsignal mit einem einzigen, vorzugsweise zentral eingebauten Sensor erreicht werden.
In vorteilhafter Weise ist eine solche Plausibilisierung wesentlich robuster gegenüber einer Schlechtwegstrecke als bei Verwendung eines Beschleunigungssensors als Plausibilitätssensors mit einer niedrigen Plausibilitätsschwelle.
In vorteilhafter Weise wird außerdem eine zusätzliche Sicherheit durch die Detektion eines anderen physikalischen Effektes gegenüber dem eigentlichen Crashsensor ergeben.
Als geeignete Sensoren kommt ein den Körperschall detektierender Klopfsensor oder ein magnetostriktiver Sensor in Frage. Auch ein micromechanische Beschleunigungssensor mit einer hohen Eckfrequenz des mechanischen Feder- Masse- Systems und einer speziellen Auswertung für die Hochfrequenzanteile kommt für eine solche Verwendung in Frage. Diese Sensoren, insbesondere Klopfsensoren oder magnetostriktive Sensoren sind omnidirektionale Sensoren.
Voreilhaft ist der Einsatz eines der genannten Sensoren als universaler Plausibilitätssensor für alle Crashtypen (Front, Seite, Heck, Winkelcrashs, Rollover). Dabei kann auch eine dezentrale Anprdnung zweier oder mehrerer Sensoren im Kraftfahrzeug (z.B. Front und Heck, oder Front, Seiten und Heck, etc.) von Vorteil sein.
Vorteilhaft ist ferner gemäß einem weiterem Aspekt der Erfindung der Einsatz eine magnetostriktiven Sensors, je nach Anwendung als Crashsensor und/oder zu Plausibilisierung. Ein magnetostriktiver Sensor basiert auf dem Villary-Effekt. Dieser beschreibt die Änderung der Magnetisierung durch induzierte Spannung im ferromagnetischen Material. Bei einem Crash wird im Material Spannung induziert (insbesondere durch den Bruch des Materials), welche sich in Form von Wellen sehr schnell (~3000-5000 m/s) durch das Material fortpflanzen. Diese Stress/Strainwellen ändern die Magnetisierung des Materials am Sensor, welche vom MsS detektiert werden (der MsS besteht Hufeisenmagnet und einer Drahtumwickelung, welche die Flussspannung in eine elektrische Spannung umwandelt.).
Ein magnetostriktiver Sensor (MsS) als Crashsensor bzw. als universaler Plausibilitätssensor für alle Crashtypen (Front, Seite, Heck, Winkelcrashs, Rollover) hat unter anderem gegenüber den herkömlichen Sensoren folgende Vorteile:

• Preisvorteil durch Verwendung eines universellen Plausibilitätssensors für alle Crashtypen (Front, Seite, Heck, Winkelcrashs, Rollover).
• Der MsS ist richtungsunabhängig und dient somit als omnidirektionale Redundanz (Safety Sensor).
• Aufgrund der Richtungsunabhängigkeit des MsS ergeben sich geringe Anforderungen beim Einbau des Sensors.
• Bei hinreichender mechanischer Ankopplung des MsS zum Crashort weist der MsS eine große Reichweite auf und kann einem zentralen, geschützen Ort angebracht werden. Damit wird beispielsweise für eine Seitencrashsensierung die Gefahr eines eines erhöhten Risikos für einen frühzeitigen Sensorverlust wie er z.B. bei Beschleunigungssensoren in der B-oder C-Säule auftritt, vermieden. Zum anderen wird ein frühzeitiger Verlust der Richtungsstabilität wie bei peripherer Beschleunigungssensoren durch die Deformierung des Fahrzeugs vermieden.
• Das Signal eines MsS liegt in der Regel früher vor und breitet sich schneller über die Fahrzeugstruktur (Schallgeschwindigkeit in Metall, s.o.) aus. Dies liegt darin begründet, dass bereits vor einer nennenswerten Impulsänderung des Fahrzeugs ein Energieabbau durch Deformation der Fahrzeugstruktur erfolgt. Dieser wird mittelbar vom MsS gemessen. Dies ist insbesondere wichtig bei der Sensierung von Seitencrashs, so dass mit der Verwendung des MsS das volle Potential schneller Seitensensoren (Drucksensoren) genutzt werden kann.
• Der MsS basiert gegenüber den üblichen Sensoren (Druck-, Beschleunigungssensoren) auf einem anderen, unabhängigen physikalischen Messprinzip (Strain/Stresswellen durch Verformung oder Brechen (mikroskopisch) gegenüber der Detektion mechanischer Bewegung (makroskopisch) bei den anderen Sensoren). Aus diesem Grund führt eine Kombination des MsS (als Plausibilitätssensor) mit den bisherigen Sensoren zu einem robusteren Verhalten des Gesamtsystems. Hierbei ist hervorzuheben, dass gerade die Verformung bzw. das Brechen von Fahrzeugstrukturen einen wichtiger Bestandteil eines Crashs darstellt und somit als besonders crashtypisch anzusehen ist.
• Daher lässt in vorteilhafter Weise der MsS auch als primärer Crashsensor einsetzen, wobei zur Plausibilsierung ein weiterer MsS oder ein anderen Sensortyp (z.B. Klopfsensor) eingesetzt werden kann.
• Beim Ablösen des MsS ergeben sich aufgrund des großen Unterschieds der Suszeptibilität von Metall und Luft ein um viele Größenordnungen stärkeres im Niederfrequenzband (< 1 kHz) liegendes Signal. Dies lässt sich einfach zur Selbstdiagnose verwenden, da dieses Signal im entsprechenden Frequenzbereich erheblich größer ist (Faktor 10) und das Nutzsignal hauptsächlich im hochfrequenten Teil des Spektrums (~1-40 kHz) liegt. Das Signal im Niederfrequenzband wird in vorteilhafter Weise zur Fehlerdiagnose ausgewertet.
• Der MsS stellt ein passives Element dar, d.h. es wird zum Betrieb des MsS kein Strom verbraucht.
• Der MsS misst Spannungsdifferenzen im Material. Aus diesem Grund ist dieses Messprinzip Offset-frei.
• Die Verwendung des MsS eröffnet aufgrund des unterschiedlichen, unabhängigen Messprinzips die Möglichkeit einer erweiterten Crash-Klassifikation. Durch Einbeziehung des omnidirektionalen MsS-Signals in den Airbag-Algorithmus wird eine verbesserte

Performance des Gesamtsystems erreichen, da eine Kombination aus Materialbruch und Impuls, die beiden wesentlichen Hauptmerkmale eines Crashs, stattfindet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele verdeutlicht. 1 zeigt dabei eine Anordnung und ein Ablaufdiagramm eines zentral eingebauten Crashdetektionssensors. In den 2 bis 5 werden verscheidende Einbausituation insbesondere eines magnetostriktiven Sensors zur Crashdetektion bzw. zu Plausibilisierung der Crashdetektion dargestellt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 detektiert ein Körperschallsensor 10 die in der Karosserie auftretenden Körperschallschwingungen und übermittelt diese an ein Steuergerät 12, insbesondere das Steuergerät eines Rückhaltesystems. Die Übertragungsstrecke ist dabei je nach Ausführung hochfrequent analog oder niederfrequent digital, indem nur die Amplitude der Körperschallschwingungen tiefpassgefiltert übertragen wird. In zweiten Fall (niederfrequent digital) werden die Signale im Körperschallsensor elektronisch aufbereitet und digitalisiert. Das Signal des Körperschallsensors wird über ein Interface 14 im Steuergerät 12 einem Mikrocomputer 16 zur weiteren Auswertung übertragen. Das Signal wird von dem Rechner 16 des Steuergerätes zur Plausibilität eines Crashes verwendet. Die Plausibilsierung erfolgt je nach Ausführung durch Schwellenwertvergleich oder durch Einbeziehung des Köperschallsensorsignals in den Auslösealgorithmus. Die eigentliche Diskriminierung des Crashes erfolgt anhand eines zentralen Sensors 18, der im Steuergerät 12 angeordnet ist und dessen Signal dem Rechner 16 zugeführt wird, oder in einer anderen Ausführung anhand vorhandener peripherer Sensoren 20, deren Signale ebenfalls über das Interfrace 14 dem Rechner 16 zugeführt werden.
Für den Einbau eines magnetostriktiven Sensors (MsS) sind eine Reihe von Realisierungen denkbar. Prinzipiell kann der MsS überall eingebaut werden, solange eine hinreichend gute Kopplung zur Fahrzeugstruktur vorhanden ist, insbesondere ein direkter körperlicher Kontakt zur Fahrzeugstruktur besteht. Vorzugsweise sollte der MsS allerdings auf Symmetrieachsen des Fahrzeugs angebracht werden. Im Folgenden wird zwischen dem Einbau von einem oder mehreren MsS unterschieden.
2 zeigt einen bevorzugten Einbauort eines einzelnen MsS (22). In dieser Ausführung wird der MsS zentral im ist Airbag-Steuergerät oder als (zu dem Airbag-Steuergerät peripherer Sensor) an einem zentralen Ort im Fahrzeug unabhängig vom Steuergerät eingebaut, z.B. im Dach oder im Tunnel der Antriebswelle. Vor allen der Einbau im Steuergerät hat den Vorteil eines leichten Einbaus und geringer Kosten. Ein auf diese Weise eingebauter Sensor dient zur Crashdetektion oder zur Plausibilisierung. Letztere findet im einfachsten Fall durch einen Schwellenwertvergleich statt, wobei eine Plausibilität erkannt wird, wenn bei erkanntem Crash mittels wenigstens eines anderen Sensors das Signal des MsS einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
3 und 4 zeigen eine Ausführung mit zwei (mehreren) MsS. Beim Einbau von mehreren MsS sollten diese symmetrisch verbaut werden. Vielversprechend sind hierbei Einbauorte an der B-Säule links/rechts (zur Seitencrashsensierung bzw. Plausibilisierung) gemäß 3, an der Motorhaube und am Heck (zur Front- und Heckcrashsensierung bzw. zur Plausibilsierung) gemäß 4 oder auch Dach und Boden des Fahrzeugs (zur Überschlagsensierung bzw. zur Plausibilisierung). Dabei werden einer oder beide Sensoren zur Plausibilisierung oder aber auch insbesondere bei Verwendung von mehreren MsS neben der Plausibilisierung auch zur Crashsensierung verwendet werden. In den gezeigten Beispielen werden auch mehrere MsS in den genannten Einbaulagen eingebaut.
Ein Seitencrash wird mit einem MsS auf der dem Crash zugewandten Seite (z.B. B-Säule, A-Säule,...) sensiert und auf der gegenüberliegenden Seite oder mit einem zentralen MsS plausibilisiert, z.B. mittels den oben skizzierten Schwellenwertvergleichs. Entsprechend werden mit Front- und Hecksensoren ausgewertet.
5 zeigt eine Rundumsensierung mit vier MsS für Front-, Seiten-, Heck- und Winkelcrashes.
Die genannten Einbauorte eingnen sich auch für die oben erwähnten Körperschallsensoren.

Claims

Vorrichtung zur Crashdetektion, mit wenigstens einem ersten Sensor, dessen Signal zur Plausibilisierung des Signals wenigstens eines zweiten, einen Crash detektierenden Sensors ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Sensor ein omnidierektional messender, vorzugsweise ein Körperschall detektierender oder magnetostriktiver Sensor ist.
Vorrichtung zur Crashdetektion, welche wenigstens einen Sensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor ein magnetostriktiver Sensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des magnetostriktiven Sensors zur Crashdiskriminierung und/oder zur Plausibilisierung des Signals wenigstens eines weiteren, einen Crash detektierenden Sensors ausgewertet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Sensor eingesetzt wird, der im Fahrzeug zentral angeordnet ist, vorzugsweise auf einer der Symmetrieachsen des Fahrzeugs.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren eingesetzt werden, die im Fahrzeug vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind und im Heck-, Front-, Seiten-, Dach- und/oder Boden-Bereich angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des an der dem Crash zugewandten Ort eingebauten Sensor zur Crasherkennung ausgewertet wird, während das Signal des gegenüberliegenden Sensors zur Plausibilisierung des Signals der erstgenannten Sensors ausgwertet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des magnetostriktiven Sensor, welches im Niederfrequenzband liegt, zur Fehlerdiagnose ausgewertet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetostriktive Sensor derart eingebaut wird, dass eine Kopplung zur Fahrzugstruktur, insbesondere ein direkter körperlicher Kontakt zur Fahrzeugstruktur besteht.