DE102004044329A1

DE102004044329A1 - Kontaktsensorik für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004044329A1
Application number: DE200410044329
Authority: DE
Inventors: Frank Mack; Sascha Steinkogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktsensorik für ein Fahrzeug mit mindestens einem Sensor (1, 2, 3, 4, 5), dessen Sensordaten für eine Erkennung einer Kollision mit einem Fußgänger und zur Bestimmung des Aufprallortes ausgewertet werden. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Sensor (1, 2, 3, 4, 5) als piezoelektrisches Kabelstück ausgeführt, wobei mindestens zwei der piezoelektrischen Kabelstücke (1, 2, 3, 4, 5) voneinander unabhängig im Frontbereich des Fahrzeugs so angeordnet sind, dass senkrecht zur Fahrtrichtung entlang der horizontalen Fahrzeugerstreckung unterscheidbare Segmente (A, B, C, D, E) entstehen, wobei zur Bestimmung des Aufprallortes die Anzahl und/oder die Intensität der von einem Segment (A, B, C, D, E) empfangenen Sensorsignale, die eine Kollision anzeigen, ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kontaktsensorik für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Seit geraumer Zeit wird verstärkt der Schutz des Fußgängers bei einem Aufprall mit einem Kraftfahrzeug durch konstruktive Maßnahmen an der Fahrzeugfront verbessert, so dass die Aufprallhärte von gefährdeten Körperpartien, wie Kopf oder Beine, gemindert wird. Eine Möglichkeit das Verletzungsrisiko zu reduzieren, besteht insbesondere in der Schaffung von Freiraum zwischen einer „weichen" Motorhaube und harten Motorbestandteilen zur Verlängerung des Deformationsweges. Dies kann durch eine Designänderung oder durch ein aktives System erreicht werden, das mittels einer Kontaktsensorik den Aufprall detektiert und anschließend den nötigen Deformationsweg durch rasches Anheben der Motorhaube gewährleistet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kontaktsensorik für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat den Vorteil, dass durch eine unabhängige Anordnung von mindestens zwei als piezoelektrische Kabelstücke ausgeführte Sensoren senkrecht zur Fahrtrichtung entlang der horizontalen Fahrzeugerstreckung unterscheidbare Segmente entstehen, welche zur Bestimmung des Aufprallortes überwacht werden. Zur Bestimmung des Aufprallortes wird die Anzahl und/oder eine Intensität der von einem Segment ausgesendeten Sensorsignale ausgewertet, die eine Kollision anzeigen. Vorteilhafterweise liefert die erfindungsgemäße Kontaktsensorik mit den piezoelektrischen Kabelstücken neben Sensorsignalen, die zur Unterscheidung von Auslöse- zu Nichtauslösefällen mit einem Algorithmus ausgewertet werden, der aus dem jeweiligen Sensorsignal des piezoelektrischen Kabelstücks mittels mathematischer Operationen, wie einer Bestimmung des Differenzenquotienten einer Signalanstiegsflanke oder Bestimmung einer zeitlichen Abfolge von prägnanten Signaleigenschaften, wie Nulldurchgänge, Maxima, Minima usw., Parameter ermittelt, die eine zuverlässige Entscheidung zulassen, auch eine Information, aus der der genaue Aufprallort des Objektes bestimmt werden kann. Die Kenntnis des Aufprallortes ist für eine sichere Entscheidungsfindung deshalb von Vorteil, weil ein und dasselbe Aufprallobjekt mit gleicher Relativgeschwindigkeit an unterschiedlichen Aufprallpositionen unterschiedliche Kollisionssignale erzeugt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Kontaktsensorik für ein Fahrzeug möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass benachbarte Segmente an der Fahrzeugfront von einer unterschiedlichen Anzahl von piezoelektrischen Kabelstücken durchzogen werden, wodurch eine sichere Erkennung des jeweiligen Segments ermöglicht wird. Die Ortsauflösung kann durch die Anzahl von unterscheidbaren Segmenten an der Fahrzeugfront definiert werden. Die Anzahl der unterscheidbaren Segmente ist von der Anzahl der verwendeten piezoelektrischen Kabelstücken abhängig. So können beispielsweise drei piezoelektrische Kabelstücke den Fahrzeugfrontbereich in fünf unterscheidbare Segmente aufteilen.
So wird beispielsweise ein erstes Segment erkannt, wenn nur ein erstes Kabelstück ein Kollisionssignal erzeugt, ein zweites Segment wird erkannt, wenn das erste Kabelstück und ein zweites Kabelstück jeweils ein Kollisionssignal erzeugen, ein drittes Segment wird erkannt, wenn nur das zweite Kabelstück ein Kollisionssignal erzeugt, ein viertes Segment wird erkannt, wenn das zweite Kabelstück und ein drittes Kabelstück jeweils ein Kollisionssignal erzeugen, und ein fünftes Segment wird erkannt, wenn nur das dritte Kabelstück ein Kollisionssignal erzeugt.
Bei einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Kontaktsensorik werden zwei piezoelektrische Kabelstücke so angeordnet, dass der Fahrzeugfrontbereich in fünf unterscheidbare Segmente aufgeteilt wird. So wird beispielsweise ein erstes Segment erkannt, wenn ein viertes Kabelstück zwei Kollisionssignale oder ein Kollisionssignal mit einer höheren Intensität erzeugt, ein zweites Segment wird erkannt, wenn das vierte Kabelstück ein Kollisionssignal erzeugt, ein drittes Segment wird erkannt, wenn das vierte Kabelstück und ein fünftes Kabelstück jeweils ein Kollisionssignal erzeugen, ein viertes Segment wird erkannt, wenn das fünfte Kabelstück ein Kollisionssignal erzeugt, und ein fünftes Segment wird erkannt, wenn das fünfte Kabelstück zwei Kollisionssignale oder ein Kollisionssignal mit der hohen Intensität erzeugt. Die Anordnung von nur zwei piezoelektrischen Kabelstücken hat den Vorteil, dass nur maximal vier Anschlüsse versorgt werden müssen.
Weiterhin ist eine in einer x-y-Ebene eines x-y-z-Koordinatensystems in x-Richtung versetzte Anordnung der piezoelektrischen Kabelstücke von Vorteil, da die von den Kabelstücken erzeugten Kollisionssignale zeitlich zueinander versetzt sind, so dass eine bessere Diskriminierung der einzelnen Anteile möglich ist. Zusätzlich oder alternativ können die piezoelektrischen Kabelstücke in z-Richtung versetzt zueinander in einer y-z-Ebene des x-y-z-Koordinatensystem angeordnet sind. Die positive x-Richtung des x-y-z-Koordinatensystems entspricht der Fahrtrichtung des Fahrzeugs.
Die piezoelektrischen Kabelstücke können beispielsweise in einem Stoßfänger in Fahrtrichtung vor und hinter einem Schaumstoffteil angeordnet sein. Der Aufprallort des Objektes wird durch eine Auswerteeinheit bestimmt, welche bei einer Kollision mit einem Objekt die Kollisionssignale von den piezoelektrischen Kabelstücken empfängt und auswertet.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnungsmöglichkeit von piezoelektrischen Kabelstücken,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnungsmöglichkeit von piezoelektrischen Kabelstücken,
3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kontaktsensorik mit der Anordnung aus 1, und
4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kontaktsensorik mit der Anordnung aus 2.
Beschreibung
Die Detektion eines Fußgängersaufpralls erfordert eine zuverlässige Kontaktsensorik an der Fahrzeugfront, d.h. im Stoßfänger oder im Querträger, welche eine schnelle Entscheidung zur Ansteuerung der Fußgängerschutzmittel gewährleistet und eine sichere Unterscheidung zwischen Auslöse- und Nichtauslösefällen ermöglicht. Im Besonderen benötigt man dazu eine Kontaktsensorik, die eine Objektdiskriminierung zulässt und darüber hinaus bestimmte Parameter des aufprallenden Objekts, wie Masse, Relativgeschwindigkeit, usw., zur Charakterisierung der Unfallschwere erkennt.
Eine gute Möglichkeit einen Aufprall zu delektieren, besteht in der Verwendung eines geschirmten Kabels mit einem piezoelektrischen Dielektrikum, z.B. PVDF, zwischen einem Innen- und einem Außenleiter, das horizontal entlang der Fahrzeugfront, z.B. im Stoßfänger positioniert wird.
Zur Unterscheidung von Auslöse- zu Nichtauslösefällen der Fußgängerschutzmittel wird ein Algorithmus eingesetzt, der aus dem Sensorsignal des piezoelektrischen Kabels mittels mathematischer Operationen, wie Bestimmung des Differenzenquotienten der Signalanstiegsflanke oder Bestimmung der zeitliche Abfolge von prägnanten Signaleigenschaften, wie Nulldurchgänge, Maxima, Minima usw., Parameter ermittelt, die eine zuverlässige Entscheidung zulassen.
Zusätzlich ermittelt die erfindungsgemäße Kontaktsensorik den Aufprallort des Objektes an der Fahrzeugfront. Die Kenntnis des Aufprallortes ist wichtig, da ein und dasselbe Aufprallobjekt mit gleicher Relativgeschwindigkeit an unterschiedlichen Aufprallpositionen in der Regel unterschiedliche Signale erzeugt. Das liegt daran, dass die Fahrzeugfront entlang der horizontalen Fahrzeugerstreckung keine einheitliche Geometrie und/oder Steifigkeit aufweist. Die erfindungsgemäße Kontaktsensorik ermögliche eine grobe und einfache Abschätzung der Aufprallposition, deren Kenntnis eine Verbesserung des Algorithmus ermöglicht.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Fahrzeugfront mittels voneinander unabhängigen in bestimmter Weise angeordneten Piezokabelstücken, entlang der horizontalen Fahrzeugerstreckung in voneinander unterscheidbare Segmente eingeteilt wird. Die Ortsauflösung ist somit durch die Anzahl der Segmente definiert.
1 zeigt eine erste Anordnungsmöglichkeit, bei der eine Fahrzeugfront mit drei piezoelektrischen Kabelstücken 1, 2, 3 in fünf Segmente A, B, C, D, E eingeteilt wird. Vorrausetzung für eine Unterscheidung der verschiedenen Segmente A bis E ist, dass ein piezoelektrisches Kabelstück, das mit dem Aufprallort überlappt, ein anderes Signal liefert als ein indirekt getroffenes Kabelstück, das keine Überlappung mit dem Aufprallort aufweist. Findet beispielsweise im ersten Segment A ein Aufprall statt, so wird nur das erste Kabelstück 1 direkt getroffen und die anderen beiden Kabelstücke 2, 3 werden nur „Ausläufer" des Aufpralls detektieren. Im zweiten Segment B wird bei einem Aufprall das erste und zweite Kabelstück 1, 2 direkt getroffen; im dritten Segment C wird nur das zweite Kabelstück 2 direkt getroffen, im vierten Segment D wird das zweite und dritte Kabelstück 2, 3 direkt getroffen und im fünften Segment E wird nur das dritte Kabelstück 3 direkt getroffen.
2 zeigt eine zweite Anordnungsmöglichkeit, bei der eine Fahrzeugfront mit zwei piezoelektrischen Kabelstücken 4, 5 in fünf Segmente A, B, C, D, E eingeteilt wird. Die schleifenförmige Anordnung der beiden Sensorkabelstücke 4, 5 aus 2 funktioniert nach dem gleichen Schema wie bei der Ausführungsform aus 1. Eine zusätzliche Vorraussetzung ist jedoch, dass ein Aufprall in Segment A im vierten Kabelstück 4 ein signifikant größeres Kollisionssignal als ein Aufprall im Segment B oder zwei zeitlich versetzte Kollisionssignale erzeugt, da im ersten Segment A zwei Auftreffpunkte und im zweiten Segment B nur ein Auftreffpunkt im vierten Kabelstück zu beobachten ist. Ebenso werden im fünften Segment E im fünften Kabelstück 5 ein signifikant größeres Kollisionssignal als im vierten Segment D oder zwei zeitlich versetzte Kollisionssignale erzeugt, da im fünften Segment E ebenfalls zwei Auftreffpunkte und im vierten Segment D nur ein Auftreffpunkt zu beobachten ist. Ein wesentlicher Vorteil der schleifenförmigen Anordnung der piezoelektrischen Kabelstücke 4, 5 ist die Tatsache, dass die Fahrzeugfront mit nur zwei Kabelstücken, d.h. mit max. 4 Anschlüssen, in fünf voneinander zu unterscheidende Segmente A bis E eingeteilt werden kann. Die piezoelektrischen Kabelstücke erzeugen vor allem bei einer Dehnung entlang der Rotationssymmetrieachse ein Signal. Daher wird das Sensorsignal bei zwei Auftreffpunkten unterschiedliche Signaturen aufweisen als bei nur einem Auftreffpunkt.
Die in den 1 und 2 dargestellten piezoelektrischen Kabelstücke 1 bis 5 sind jeweils aus einem geschirmten Kabel mit einem piezoelektrischen Dielektrikum, z.B. PVDF, aufgebaut, das zwischen einem Innenleiter IL und einem Außenleiter AL angeordnet ist. Die in den 1 und 2 dargestellte Zeichnungsebene kann an der Fahrzeugfront der y-z-Ebene oder der x-y-Ebene in einem x-y-z-Koordinatensystem entsprechen, bei dem die x-Richtung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht. Dabei kann bei der Sensoranordnung aus 1 das erste und dritte Kabelstück bzw. jeweils ein Schleifenarm der Kabelstücke 4 und 5 aus 2 unmittelbar an der Rückseite einer Stoßfängerverkleidung und das zweite Kabelstück 2 aus 1 bzw. jeweils der andere Schleifenarm der Kabelstücke 4 und 5 aus 2 an einem Querträger hinter einem Schaumstoff befestigt werden. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass das jeweilige Kabelstück bzw. der jeweilige Schleifenarm des Kabelstücks, der an der Stoßfängerverkleidung angeordnet ist während eines Aufpralls eines Objektes auf dem Stoßfänger ein um einige Millisekunden früheres Kollisionssignal erzeugt, als das Kabelstück bzw. der Schleifenarm, der hinter dem Schaumstoff angeordnet ist. Durch diese zusätzliche zeitliche Verschiebung der Signalbeiträge kann eine bessere Diskriminierung der einzelnen Anteile und daher eine höhere Plausibilität der Signale erzielt werden.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kontaktsensorik 20 mit einer Auswerteeinheit 10 und drei piezoelektrischen Kabelstücken 1, 2, 3, die gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 an der Fahrzeugfront angeordnet sind. Die Auswerteeinheit 10 ist über entsprechende Verbindungsleitungen elektrisch mit den Kabelstücken 1, 2, 3 verbunden und wertet die von den piezoelektrischen Kabelstücken ausgesendeten Kollisionssignale zur Erkennung einer Kollision mit einem Fußgänger und zur Bestimmung des Aufprallortes aus.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kontaktsensorik 20 mit einer Auswerteeinheit 10 und zwei piezoelektrischen Kabelstücken 4, 5, die gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2 an der Fahrzeugfront angeordnet sind. Die Funktionsweise Auswerteeinheit 10 aus 4 entspricht der Funktionsweise der Auswerteeinheit 10 aus 3.

1: erstes piezoelektrisches Kabelstück
2: zweites piezoelektrisches Kabelstück
3: drittes piezoelektrisches Kabelstück
4: viertes piezoelektrisches Kabelstück
5: fünftes piezoelektrisches Kabelstück
10: Auswerteeinheit
20: Kontaktsensorik
IL: Innenleiter
AL: Außenleiter
A: erstes Segment
B: zweites Segment
C: drittes Segment
D: viertes Segment
E: fünftes Segment

Claims

Kontaktsensorik für ein Fahrzeug mit mindestens einem Sensor (1, 2, 3, 4, 5), dessen Sensordaten für eine Erkennung einer Kollision mit einem Fußgänger und zur Bestimmung des Aufprallortes ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (1, 2, 3, 4, 5) als piezoelektrisches Kabelstück ausgeführt ist, wobei mindestens zwei der piezoelektrischen Kabelstücke (1, 2, 3, 4, 5) von einander unabhängig im Frontbereich des Fahrzeugs so angeordnet sind, dass senkrecht zur Fahrtrichtung entlang der horizontalen Fahrzeugerstreckung unterscheidbare Segmente (A, B, C, D, E) entstehen, wobei zur Bestimmung des Aufprallortes die Anzahl und/oder Intensität der von einem Segment (A, B, C, D, E) ausgesendeten Sensorsignale ausgewertet werden, die eine Kollision anzeigen.
Kontaktsensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Segmente (A, B, C, D, E) von einer unterschiedlichen Anzahl von piezoelektrischen Kabelstücken (1, 2, 3, 4, 5) durchzogen werden.
Kontaktsensorik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsauflösung durch die Anzahl von unterscheidbaren Segmenten (A, B, C, D, F) definiert ist.
Kontaktsensorik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei piezoelektrische Kabelstücke (1, 2, 3) den Fahrzeugfrontbereich in fünf unterscheidbare Segmente (A, B, C, D, E) aufteilen.
Kontaktsensorik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Segment (A) erkannt wird, wenn ein nur erstes Kabelstück (1) ein Kollisionssignal erzeugt, ein zweites Segment (B) erkannt wird, wenn ein erstes Kabelstück (1) und ein zweites Kabelstück (2) jeweils ein Kollisionssignal erzeugen, ein drittes Segment (C) erkannt wird, wenn nur das zweite Kabelstück (2) ein Kollisionssignal erzeugt, ein viertes Segment (D) erkannt wird, wenn das zweite Kabelstück (2) und ein drittes Kabelstück (3) jeweils ein Kollisionssignal erzeugen, und ein fünftes Segment (E) erkannt wird, wenn nur das dritte Kabelstück (3) ein Kollisionssignal erzeugt.
Kontaktsensorik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei piezoelektrische Kabelstücke (4, 5) den Fahrzeugfrontbereich in fünf unterscheidbare Segmente (A, B, C, D, E) aufteilen.
Kontaktsensorik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Segment (A) erkannt wird, wenn ein viertes Kabelstück (4) zwei Kollisionssignale erzeugt oder ein Kollisionssignal mit einer hohen Intensität erzeugt, ein zweites Segment (B) erkannt wird, wenn das vierte Kabelstück (4) ein Kollisionssignal mit einer normalen Intensität erzeugt, ein drittes Segment (C) erkannt wird, wenn das vierte Kabelstück (4) und ein fünftes Kabelstück (5) jeweils ein Kollisionssignal mit der normalen Intensität erzeugen, ein viertes Segment (D) erkannt wird, wenn das fünfte Kabelstück (5) ein Kollisionssignal mit der normalen Intensität erzeugt, und ein fünftes Segment (E) erkannt wird, wenn das fünfte Kabelstück (5) zwei Kollisionssignale oder ein Kollisionssignal mit der hohen Intensität erzeugt.
Kontaktsensorik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Kabelstücke (1, 2, 3, 4, 5) in einer x-y-Ebene eines x-y-z-Koordinatensystems in x-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind und/oder in einer y-z-Ebene des x-y-z-Koordinatensystem in z-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die positive x-Richtung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht.
Kontaktsensorik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelstücke (1, 2, 3, 4, 5) in einem Stoßfänger in Fahrtrichtung (x) vor und hinter einem Schaumstoffteil angeordnet sind.
Kontaktsensorik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Auswerteeinheit (10), welche bei einer Kollision mit einem Objekt die Kollisionssignale von den piezoelektrischen Kabelstücken (1, 2, 3, 4, 5) empfängt und auswertet und den Aufprallort des Objektes bestimmt.