DE102004049380A1

DE102004049380A1 - Fahrzeugsensor

Info

Publication number: DE102004049380A1
Application number: DE200410049380
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Fendt (FH); Lothar Dipl.-Ing. Weichenberger; Thomas Dipl.-Ing. Görnig
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2004-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-10-10
Also published as: DE102004049380B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsensor (1), der Schwingungen in Frequenzbereichen erfassen kann, die sowohl durch eine Beschleunigung (4.1) als auch durch Körperschall (4.2) verursacht werden, wobei der Fahrzeugsensor (1) eine Verarbeitungscharakteristik für durch die Erfassung unterschiedlicher Schwingungen erzeugte elektrische Signale aufweist, die automatisch in Abhängigkeit von einem Steuersignal eingestellt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsensor gemäss Anspruch 1.

Sicherheitssysteme von Fahrzeugen wie beispielsweise Insassen- oder Fußgängerschutzsysteme sollen Verkehrsteilnehmer bei unterschiedlichsten Unfallsituationen schützen. Die Aktivierung von Sicherheitssystemen ist jedoch vor allem in Unfallsituationen kritisch, bei denen eine eindeutige Crash-Erkennung kaum oder überhaupt nicht möglich ist. Dies trifft insbesondere für solche Situationen zu, bei denen entweder aufgrund des Unfallgegners oder des Aufprallwinkels die durch den Crash erzeugten Signale eine sehr geringe Amplitude aufweisen oder bedingt durch ihre geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit im Fahrzeug erst sehr spät von einem zentralen Steuergerät eines Sicherheitssystems detektiert werden.

Eine schnelle und sichere Erfassung einer sogenannte Crashsignatur zur Aktivierung vom Schutzmitteln eines Sicherheitssystems ist vor allem bei Unfällen wichtig, bei denen die zur Verfügung stehende Knautschzone sehr gering ist, wie z.B. bei einem Seitenaufprall, oder bei denen der Unfallgegner bzw. das Hindernis eine sehr geringe Masse im Verhältnis zum Fahrzeug besitzt, wie z.B. bei Zusammenstössen mit Fußgängern. In derartigen Fällen besitzen meistens die von zentral im Fahrzeug angeordneten Beschleunigungssensoren erzeugten Signale eine sehr geringe Amplitude und überschreiten zudem sehr spät nach dem eigentlichen Aufprallereignis einen zur Auslösung eines Schutzmittel vorgesehenen Schwellwert.

Zur Lösung dieses Problems werden Assistenzsensoren im Fahrzeug eingesetzt, die nahe an kritischen Aufprallorten am Fahrzeug montiert sind, wie beispielsweise im Bereich der Türen oder Stoßstangen. Die Assistenzsensoren können auf unterschiedlichen Prinzipien basieren, wie beispielsweise der Sensierung von Druck, Körperschall oder der bei einem Aufprall auftretenden Beschleunigung. Wesentlich ist, dass sie einen Aufprall möglichst schnell und sicher detektieren und an das zentrale Steuergerät melden.

Allerdings erzeugt der bei einem Aufprall eines Hindernisses auftretende Körperschall Schwingungen in einem höheren Frequenzbereich als die durch die beim Aufprall auftretende Beschleunigung erzeugten Schwingungen. Für eine sichere Sensierung ist ein Frequenzbereich von größer als etwa 4 kHz für Körperschallschwingungen und kleiner als etwa 500 Hz für Beschleunigungsschwingungen typisch. Daher muss die Charakteristik eines Assistenzsensors bezüglich Frequenz und Empfindlichkeit abhängig dessen Montageort im Fahrzeug und der zu sensierenden Grösse ausgewählt werden, um Schwingungen im passenden Frequenzbereich und mit der passenden Verstärkung bzw. Empfindlichkeit zu erfassen. Für die Erfassung unterschiedlicher Unfallsituationen wie eingangs geschildert werden daher viele unterschiedliche Sensoren, d.h. Körperschall- und Beschleunigungssensoren im Fahrzeug benötigt, was wiederum einen erhöhten Verkabelungsaufwand im Fahrzeug erfordert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Fahrzeugsensor vorzuschlagen, der für unterschiedliche Einsatzzwecke, insbesondere für die Erfassung von Körperschall und Beschleunigungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Fahrzeugsensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen Fahrzeugsensor einzusetzen, der Schwingungen in Frequenzbereichen erfassen kann, die sowohl durch eine Beschleunigung als auch durch Körperschall verursacht werden. Ein derartiger Sensor ist universell in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug einsetzbar. Vor allem kann mit einer geringen Anzahl derartiger Fahrzeugsensoren eine sichere Detektion eines Aufpralls eines Hindernisses auf ein Fahrzeug detektiert werden. Nach der Erfindung ist nun vorgesehen, dass eine Verarbeitungscharakteristik von Signalen des Fahrzeugsensors umgeschaltet werden kann, um so den Sensor optimal auf eine zu sensierende Grösse einstellen zu können, beispielsweise auf die Sensierung von Körperschall und Beschleunigungen. Die umschaltbare Verarbeitungscharakteristik ermöglicht sozusagen den sinnvollen Einsatz eines Fahrzeugsensors für die Sensierung verschiedener Grössen wie Körperschall und Beschleunigung, die den Sensor veranlassen, Signale mit unterschiedlichen Amplituden und Frequenzspektren zu erzeugen. Beispielsweise sind in der Regel die Amplituden der Signale, die vom Sensor bei der Sensierung von einer Beschleunigung erzeugt werden, höher als die Amplituden der Signale, die vom selben Sensor bei der Sensierung von Körperschall erzeugt werden. Ebenso sind die Frequenzspektren der durch Beschleunigung und Körperschall erzeugten Signale unterschiedlich. Durch eine Umschaltung der Verarbeitungscharakteristik des Fahrzeugsensors können diese unterschiedlichen Signale entsprechend verarbeitet werden und wiederum für eine Weiterverarbeitung in einem Diagnose- oder Sicherheitssystem geeignete Signale erzeugen, beispielsweise Auslösesignale für Schutzmittel wie Airbags, Gurtstraffer oder dergleichen Rückhaltemittel in einem Insassenschutzsystem. Unter Verarbeitungscharakteristik wird hier insbesondere die Verstärkung und Filterung von zugeführten Signalen verstanden.

Die Erfindung betrifft nun konkret einen Fahrzeugsensor, der Schwingungen in Frequenzbereichen erfassen kann, die sowohl durch eine Beschleunigung als auch durch Körperschall verursacht werden. Der Fahrzeugsensor weist eine Verarbeitungscharakteristik für durch die Erfassung unterschiedlicher Schwingungen erzeugter elektrischer Signale auf, die automatisch in Abhängigkeit von einem Steuersignal eingestellt werden kann. Das Steuersignal kann ein durch die Messung von Schwingungen durch den Fahrzeugsensor intern erzeugtes Steuersignal oder ein dem Fahrzeugsensor von extern zugeführtes Steuersignal zum Programmieren des Fahrzeugsensors sein.

Insbesondere weist die Verarbeitungscharakteristik mindestens zwei unterschiedliche Bereiche auf, und der Fahrzeugsensor ist ausgebildet, um die Verarbeitungscharakteristik automatisch in einen bestimmten Bereich zu schalten. Beispielsweise kann ein erster Bereich mit einer hohen Empfindlichkeit bzw. Verstärkung zur Erfassung von Körperschallschwingungen und ein zweiter Bereich zur Erfassung von Beschleunigungsschwingungen mit einer geringen Empfindlichkeit bzw. Verstärkung vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist der Fahrzeugsensor ausgebildet, um die Verarbeitungscharakteristik automatisch in einen bestimmten Bereich als Funktion der Frequenz und/oder Amplitude des Steuersignals zu schalten.

Der Fahrzeugsensor kann zum Beispiel ausgebildet sein, um die Verarbeitungscharakteristik bei Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Amplitude des Steuersignals von einem ersten in einen zweiten Bereich umzuschalten. Falls das Steuersignal intern im Fahrzeugsensor erzeugt wird, wird die Umschaltung letztlich automatisch durch die Amplitude einer vom Fahrzeugsensor erfassten Schwingung getriggert.

Die Umschaltung der Verarbeitungscharakteristik kann auch zeitgesteuert erfolgen. Hierzu kann der Fahrzeugsensor ausgebildet sein, um die Verarbeitungscharakteristik nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Amplitude des Steuersignals von einem ersten in einen zweiten Bereich umzuschalten. Das Überschreiten des Schwellenwertes triggert beispielsweise einen Timer, der nach der vorgegebenen Zeitdauer ein Signal zum Umschalten erzeugen kann. Die vorgegebene Zeitdauer kann derart bemessen sein, dass einige Millisekunden nach Erfassen des schnelleren Körperschalls in den zweiten Bereich der Verarbeitungscharakteristik umgeschaltet wird, so dass die sich langsamer als der Körperschall ausbreitenden Beschleunigungsschwingungen erfasst werden können.

Der Fahrzeugsensor kann ferner derart ausgebildet sein, dass er in den ursprünglichen Zustand, d.h. in einen ursprünglichen Bereich mit einem Zeitglied oder abhängig von einem sensierten Signal zurückgeschaltet wird.

Typischerweise weist die Verarbeitungscharakteristik einen ersten Bereich zum Erfassen von Schwingungen in einem ersten Frequenzbereich und einen zweiten Bereich zum Erfassen von Schwingungen in einem zweiten, vom ersten unterschiedlichen Frequenzbereich auf. Die beiden unterschiedlichen Frequenzbereiche können beispielsweise an die Frequenzbereiche von Körperschall- und Beschleunigungsschwingungen angepasst sein.

Der zweite Frequenzbereich kann auch einem Ausschnitt aus dem ersten Frequenzbereich entsprechen. In diesem Fall kann der erste Frequenzbereich derart gross sein, dass in ihn die Frequenzbereiche von Körperschall- und Beschleunigungsschwingungen fallen, während der zweite Frequenzbereich beispielsweise an den Frequenzbereich der Beschleunigungsschwingungen angepasst sein kann, um so eine gezielte Verarbeitung nur der Beschleunigungsschwingungen zu unterstützen.

Der zweite Frequenzbereich kann auch ein tieferfrequentes Spektrum als der erste Frequenzbereich umfassen. In diesem Fall kann jeder Frequenzbereich an die Frequenzspektren der zu erfassenden Schwingungen angepasst sein.

Die Verarbeitungscharakteristik weist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen ersten Bereich zum Erfassen von Schwingungen mit einer ersten Empfindlichkeit und einen zweiten Bereich zum Erfassen von Schwingungen mit einer zweiten Empfindlichkeit auf. Insbesondere ist die zweite Empfindlichkeit kleiner ist als die erste Empfindlichkeit, so dass bei einem Umschalten vom ersten in den zweiten Bereich Signale mit einer höheren Amplitude verarbeitet werden können.

Der Fahrzeugsensor weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung zum Verarbeiten eines durch die Erfassung von Schwingungen erzeugten elektrischen Signals mit einer einstellbaren Empfindlichkeit und/oder Verstärkung auf. Beispielsweise kann die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung als Operationsverstärker mit programmierbarer Verstärkung und als digitale programmierbare Signalverarbeitungsschaltung ausgebildet sein.

Ferner kann er eine Umschalteinheit aufweisen, der das Steuersignal zugeführt wird und die ausgebildet ist, um die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung abhängig vom zugeführten Steuersignal umzuschalten.

Weiterhin kann die Umschalteinheit eine Vergleichsschaltung aufweisen, die das zugeführte Steuersignal mit einem Schwellenwert vergleicht und bei Überschreiten des Schwellenwerts durch das zugeführte Steuersignal ein Umschaltsignal an die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung zum Umschalten der Empfindlichkeit und/oder Verstärkung abgibt.

Der Fahrzeugsensor kann zum Erfassen von Schwingungen mindestens ein Messwertaufnehmerelement aufweisen, das beispielsweise piezoelektrisches Material, ein mikromechanisches System und/oder Dehnmessstreifen umfasst.

Ferner kann der Fahrzeugsensor für den Einsatz in einer Sicherheitseinrichtung oder einer Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere ein Insassenschutzsystem, oder eine Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, das mindestens einen Fahrzeugsensor nach der Erfindung aufweist.

Schließlich kann nach der Erfindung der Fahrzeugsensor auch zur Detektion von Lagerschäden, Bremsverschleiss, Dröhngeräuschen in einem Kraftfahrzeug, Anomalien eines Verbrennungsmotors und/oder Fahrbahnbelägen und/oder Sachbeschädigungen (Blechschaden oder Glasbruch) verwendet werden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.

Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine prinzipielle Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Insassenschutzsystem, in dem der erfindungsgemässe Fahrzeugsensor eingesetzt wird, und eines Diagramms mit einer schematischen Darstellung der Frequenzspektren von Körperschall und einer Beschleunigung, die bei einem Zusammenstoss des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis auftreten;
2 eine prinzipielle Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines Verstärkungsfaktors oder der Empfindlichkeit einer Verarbeitungscharakteristik bei einem Fahrzeugsensor gemäß der Erfindung;
3 eine prinzipielle Darstellung des zeitlichen Verlaufs von Körperschall und einer Beschleunigung, wie sie bei einem typischen Zusammenstoss eines Kraftfahrzeugs auftreten; und
4 eine prinzipielle Darstellung von unterschiedlichen Signal- und Verarbeitungscharakteristikbereiche eines Fahrzeugsensors gemäß der Erfindung.
Im folgenden wird die Anwendung des erfindungsgemässen Fahrzeugsensors als Auslösesensor für ein Insassenschutzsystem erläutert. Diese Beschreibung ist jedoch nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen, da der Fahrzeugsensors auch für andere Anwendungsgebiete vorteilhaft eingesetzt werden kann, wie beispielsweise die Analyse von Schwingungen im Fahrzeug durch eine Diagnoseeinrichtung, die bei Fahrzeugschäden wie z.B. Lagerschäden Schwingungsanomalien detektieren und für eine spätere Auswertung beispielsweise im Rahmen einer Inspektion des Fahrzeugs speichern kann. Schließlich eignet sich der erfindungsgemässe Fahrzeugsensor auch als universell einsetzbarer reiner Beschleunigungs- oder reiner Körperschallsensor, was beispielsweise durch ein entsprechend programmiertes Steuersignal festgelegt werden kann. Dies erleichtert vor allem die Handhabung in der Produktion, da im Prinzip nur noch ein Sensor benötigt wird, der durch eine Programmierung für unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet ist.
In der 1 ist ein Kraftfahrzeug (KFZ) 3 in einer Draufsicht dargestellt. Das KFZ 3 weist ein Insassenschutzsystem als Sicherheitssystem, von dem ein als Auslösesensor 1 ausgebildeter Fahrzeugsensor gemäß der Erfindung und eine Auswerteeinheit 2 zur Auswertung von Signalen des Auslösesensors 1 und Steuerung von (nicht dargestellten) Schutzmitteln wie Airbags und Gurtstraffer dargestellt sind. Die Auswerteinheit kann Teil eines Steuergeräts für das Insassenschutzsystem sein und umfasst in der Regel einen leistungsfähigen μP zur Verarbeitung und vor allem Auswertung der zugeführten Signale. Insbesondere entscheidet die Auswerteinheit 2 anhand der zugeführten Signale darüber, ob ein oder mehrere Schutzmittel ausgelöst werden sollen. Zudem steuert sie, welche Schutzmittel ausgelöst werden, also beispielsweise ein Seitenairbag oder ein Front-Airbag oder ein Gurtstraffer. In der Auswerteinheit 2 sind hierzu entsprechende Auswerte- und Verarbeitungsalgorithmen implementiert.
Der Auslösesensor 1 umfasst ein Messwertaufnehmerelement 1.1, das beispielsweise ein Piezoelement mit einer seismischen Masse zur Detektion von Körperschall und einer Beschleunigung, eine Anordnung von Dehnmessstreifen auf einem Element der Karosseriestruktur des KFZ 3 oder ein mikromechanisches Halbleiterbauelement zur Erfassung von Körperschall und einer Beschleunigung sein kann. Ein vom Messwertaufnehmerelement 1.1 erzeugtes Signal wird in einer Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 des Auslösesensors 1 aufbereitet. Hierbei wird das Signal beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt und/oder mit einem Filter mit einem spezifischen Frequenzgang gefiltert. Abhängig vom Frequenzbereich von durch das mindestens eine Messwertaufnehmerelement 1.1 erfassten Schwingungen kann die Verarbeitungscharakteristik für vom Messwertaufnehmerelement 1.1 erzeugte elektrische Signale des Auslösesensors 1 eingestellt werden. Die Einstellung der Verarbeitungscharakteristik erfolgt durch eine Einstellung der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 über eine Umschalteinheit 1.4, der ebenfalls das vom Messwertaufnehmerelement 1.1 erzeugte Signal zugeführt wird. Die Umschalteinheit 1.4 analysiert das zugeführte Signal und schaltet davon abhängig automatisch die Verarbeitungscharakteristik in einen bestimmten Bereich, indem sie die Verstärkung und/oder Empfindlichkeit, beispielsweise Eingangsempfindlichkeit der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 entsprechend einstellt. Ein beispielhafter Ablauf der Umschaltung wird weiter unten noch im Detail erläutert.
Das Ausgangssignal der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 wird als Auslösesignal an einer Schnittstelle 1.3 zur Verfügung gestellt, an welche die Auswerteinheit 2 angeschlossen ist, so dass sie das Auslösesignal empfangen und weiter verarbeiten kann. Die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungseinheit 1.2 kann einen Analog-Digital-Umsetzer umfassen, der das Auslösesignal in ein digitales Signal wandelt, das an der Schnittstelle 1.3 zur Verfügung gestellt wird.
Bei einem Aufprallereignis des KFZ 3 werden in der Karosseriestruktur im Wesentlichen zwei unterschiedliche Typen von Schwingungen hervorgerufen. Körperschall verursacht Schallschwingungen, die sich in der Karosseriestruktur des KFZ 3 ausbreiten, in Form von Schallwellen mit longitudinalen und transversalen Komponenten. Ferner werden Schwingungen aufgrund der beim Aufprall erzeugten Beschleunigung erzeugt. Diese Beschleunigungsschwingungen breiten sich in der Regel wesentlicher langsamer als Körperschallschwingungen aus, besitzen jedoch grössere Amplituden als die Körperschallschwingungen, die in der Regel recht kleine Amplituden aufweisen. Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht in den Frequenzspektren der beiden unterschiedlichen Schwingungen. Körperschallschwingungen treten in einem vergleichsweise hochfrequenten Frequenzbereich 4.2 auf, beispielsweise in einem Bereich von etwa 4 kHz und darüber. Beschleunigungsschwingungen hingegen weisen niedrige Frequenzen auf und treten typischerweise in einem Frequenzbereich 4.1 auf, der bei etwa 500 Hz und darunter liegt. In 1 sind in einem Spektraldiagramm prinzipiell die Spektren von Beschleunigungsschwingungen und Körperschallschwingungen dargestellt.
Das durch eine Beschleunigung erzeugte Signal, im folgenden kurz Beschleunigungssignal, und das durch Körperschall ezeugte Signal, im folgenden kurz Körperschallsignal, unterscheiden sich wie bereits oben erwähnt hinsichtlich ihrer Amplitude und hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit der sie sich in der Karosseriestruktur ausbreiten. In 3 ist der Verlauf der auftretenden Signalamplituden in Abhängigkeit von der Zeit t nach einem Aufprallereignis dargestellt. Das Aufprallereignis findet zum Zeitpunkt t = 0 statt. Durch das Aufprallereignis wird eine Beschleunigung sowie Körperschall erzeugt. Daher breiten sich Körperschallschwingungen und Beschleunigungsschwingungen in der Karosseriestruktur aus, die beide von dem Auslöesensor 1, genauer gesagt von dem darin enthaltenen Messwertaufnehmerelement 1.1 aufgenommen werden. Das hochfrequente Körperschallsignal 4.2.1 tritt zuerst in Erscheinung. Zu einem späteren Zeitpunkt tritt das sich langsamer ausbreitende tieffrequente Beschleunigungssignal 4.1 in Erscheinung. Die Darstellung der Amplitudenverläufe ist nicht massstäblich. Die maximale Amplitude des Körperschallsignals liegt dabei deutlich, beispielsweise rund eine Grössenordnung, unter der des Beschleunigungssignals.
Gemäss der Erfindung werden die beiden Signale vom Auslösesensor 1 unterschiedlich, d.h. mit unterschiedlichen Verarbeitungscharakteristiken im Auslösesensor 1 verarbeitet. Dabei löst die Erfassung eines Körperschallsignals mit einer einen Schwellenwert überschreitenden Amplitude den Start eines in der Umschalteinheit 1.4 integrierten Timers aus. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer erzeugt der Timer ein Signal, das eine Umschaltung der Verarbeitungscharakteristik im Auslösesensor 1 bewirkt. Die Umschalteinheit 1.4 detektiert hierzu das Timersignal und erzeugt daraufhin ein Umschaltsignal für die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2.
Das Umschaltsignal bewirkt eine Veränderung der Eingangsempfindlichkeit und/oder der Verstärkung in der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2, wie in 2 dargestellt ist. Von einem ersten Empfindlichkeitsbereich, in 2 mit 5.1 bezeichnet, wird hierbei in einen zweiten Empfindlichkeitsbereich, in 2 mit 5.2 bezeichnet, umgeschaltet. Im zweiten Empfindlichkeitsbereich ist die Verstärkung der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 wesentlich geringer als im ersten Empfindlichkeitsbereich. Die beiden Empfindlichkeitsbereiche sind an die zu verarbeitenden Signalamplituden angepasst, d.h. an die geringen Amplituden der Körperschallsignale und die hohen Amplituden der Beschleunigungssignale.
Unter Empfindlichkeit wird hier im Allgemeinen das Maß für die Fähigkeit der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 verstanden, schwache Eingangssignale auf einen gewissen Ausgangssignalpegel zu verstärken. Im speziellen beschreibt die Empfindlichkeit das Verhältnis von einer Änderung der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung. Da die Eingangsspannung der Ausgangsspannung des Messwertaufnehmerelements 1.1 und damit der physikalischen Eingangsgröße des Messwertaufnehmerelements 1.1 entspricht, kann die Empfindlichkeit hier auch als Änderung des Ausgangsspannung der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 im Verhältnis zur Änderung der physikalischen, auf das Messwertaufnehmerelement 1.1 wirkenden Größe aufgefasst werden, also z.B. mV/g (g entspricht der Beschleunigung).
Die oben erläuterte Anpassung der Empfindlichkeit der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 gewährleistet, dass das Ausgangssignal des Auslösesensors in einem für eine weitere Verarbeitung günstigen Bereich liegt. Eine anfänglich hohe Empfindlichkeit 5.1 stellt sicher, dass das zuerst auftretende Körperschallsignal mit geringer Amplitude zu einem Ausgangssignal führt, welches gross genug ist, um ein verwertbares Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen, oder bei einer Analog-Digital-Wandlung die Auflösung des Analog-Digital-Wandlers in einem vernünftigen Rahmen auszunutzen. Die danach stattfindende Umschaltung auf eine kleinere Empfindlichkeit stellt sicher, dass das nun erwartete Beschleunigungssignal, welches eine größere Amplitude aufweist, nicht zu einer Übersteuerung von Verstärkerschaltungen oder einem Analog-Digital-Wandler führt.
Zusätzlich oder auch alternativ zur Beeinflussung der Verstärkung in der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 kann auch die spektrale Empfindlichkeit der Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 durch die Umschalteinheit 1.4 beeinflusst werden. In 4 ist ein Beispiel hierfür dargestellt. In einem ersten ursprünglichen Bereich erstreckt sich die spektrale Empfindlichkeit über einen grossen Frequenzbereich, der typischerweise die Frequenzbereiche umfasst, in denen Körperschall- und Beschleunigungssignale auftreten. Nach Detektion eines bestimmten Ereignisses, beispielsweise eine Überschreitung eines Schwellenwertes durch ein Signal des Messwertaufnehmerelements 1.1 kann die Umschalteinheit 1.4 dann die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung 1.2 derart umschalten, dass die spektrale Empfindlichkeit auf einen zweiten bandbegrenzten Bereich 6.2 beschränkt wird, der einen bestimmten Frequenzbereich abdeckt, in dem speziell zu detektierende Signale liegen.
Bei einer Sicherheitseinrichtung, beispielsweise einem Insassenschutzsystem kann der erfindungsgemässe Auslösesensor zunächst in einem Messbereich mit einer hohen Empfindlichkeit und/oder einem ersten Frequenzbereich betrieben werden, welcher die hochfrequenten Körperschallschwingungen umfasst. Nach der Detektion des Überschreitens eines Schwellenwertes der Körperschallschwingungen erfolgt die Umschaltung auf einen zweiten Messbereich, welcher eine kleinere Empfindlichkeit und/oder einen zweiten Frequenzbereich aufweist, in dem bevorzugt die tieffrequenten Beschleunigungssignale erfasst werden. Wenn in dem zweiten Messbereich innerhalb eines bestimmten Zeitfensters nach der Umschaltung ein Beschleunigungssignal detektiert wird, kann die Auswerteeinheit daraus ein Signal zur Auslösung des Insassenschutzsystems generieren. Wenn innerhalb des Zeitfensters kein Beschleunigungssignal detektiert wird, so wird die Vorrichtung zur Schwingungsmessung mit Vorteil wieder in den ersten Messbereich zurückversetzt.
Der erfindungsgemässe Auslösesensor bietet insbesondere den Vorteil, dass der Verdrahtungsaufwand im KFZ 3 reduziert werden kann.

1: Auslösesensor
2: Auswerteeinheit
3: Fahrzeug
1.1: Messwertaufnehmer
1.2: Verstärker- und/oder Signalaufbereitungseinheit
1.3: Schnittstelle
1.4: Umschalteinheit
4.1: Frequenzspektrum von Körperschallschwingungen
4.2: Frequenzspektrum von Beschleunigungsschwingungen
4.2.1: Frequenzspektrum von Körperschallschwingungen
5.1: Empfindlichkeitsbereich 1
5.2: Empfindlichkeitsbereich 2
6.1: erster Frequenzbereich
6.2: zweiter Frequenzbereich

Claims

Fahrzeugsensor (1), der Schwingungen in Frequenzbereichen erfassen kann, die sowohl durch eine Beschleunigung (4.1) als auch durch Körperschall (4.2) verursacht werden, wobei der Fahrzeugsensor (1) eine Verarbeitungscharakteristik für durch die Erfassung unterschiedlicher Schwingungen erzeugte elektrische Signale aufweist, die automatisch in Abhängigkeit von einem Steuersignal eingestellt werden kann.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal ein durch die Messung von Schwingungen durch den Fahrzeugsensor (1) intern erzeugtes Steuersignal oder ein dem Fahrzeugsensor von extern zugeführtes Steuersignal zum Programmieren des Fahrzeugsensors (1) ist.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungscharakteristik mindestens zwei unterschiedliche Bereiche (5.1, 5.2) aufweist, und der Fahrzeugsensor (1) ausgebildet ist, um die Verarbeitungscharakteristik automatisch in einen bestimmten Bereich zu schalten.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist, um die Verarbeitungscharakteristik automatisch in einen bestimmten Bereich als Funktion der Frequenz und/oder Amplitude des Steuersignals zu schalten.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist, um die Verarbeitungscharakteristik bei Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Amplitude des Steuersignals von einem ersten in einen zweiten Bereich umzuschalten.
Fahrzeugsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist, um die Verarbeitungscharakteristik nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Amplitude des Steuersignals von einem ersten in einen zweiten Bereich umzuschalten.
Fahrzeugsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist, um in einen ursprünglichen Bereich gesteuert von einem Zeitglied oder abhängig von einem sensierten Signal zurückzuschalten.
Fahrzeugsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungscharakteristik einen ersten Bereich (5.1) zum Erfassen von Schwingungen in einem ersten Frequenzbereich (6.1) und einen zweiten Bereich (5.2) zum Erfassen von Schwingungen in einem zweiten, vom ersten unterschiedlichen Frequenzbereich (6.2) aufweist.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frequenzbereich einem Ausschnitt aus dem ersten Frequenzbereich entspricht.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frequenzbereich ein tieferfrequentes Spektrum umfasst als der erste Frequenzbereich.
Fahrzeugsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungscharakteristik einen ersten Bereich zum Erfassen von Schwingungen mit einer ersten Empfindlichkeit (5.1) und einen zweiten Bereich zum Erfassen von Schwingungen mit einer zweiten Empfindlichkeit (5.2) aufweist.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Empfindlichkeit kleiner ist als die erste Empfindlichkeit.
Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung (1.2) zum Verarbeiten eines durch die Erfassung von Schwingungen erzeugten elektrischen Signals mit einer einstellbaren Empfindlichkeit und/oder Verstärkung aufweist.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Umschalteinheit (1.4) aufweist, der das Steuersignal zugeführt wird und die ausgebildet ist, um die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung (1.2) abhängig vom zugeführten Steuersignal umzuschalten.
Fahrzeugsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (1.4) eine Vergleichsschaltung aufweist, die das zugeführte Steuersignal mit einem Schwellenwert vergleicht und bei Überschreiten des Schwellenwerts durch das zugeführte Steuersignal ein Umschaltsignal an die Verstärker- und/oder Signalaufbereitungsschaltung (1.2) zum Umschalten der Empfindlichkeit und/oder Verstärkung abgibt.
Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Erfassen von Schwingungen mindestens ein Messwertaufnehmerelement (1.1) aufweist, das piezoelektrisches Material, ein mikromechanisches System und/oder Dehnmessstreifen umfasst.
Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er für den Einsatz in einer Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs (3) ausgebildet ist.
Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er für den Einsatz in einer Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs (3) ausgebildet ist.
Sicherheitseinrichtung, insbesondere Insassenschutzsystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, die bzw. das mindestens einen Fahrzeugsensor nach Anspruch 16 aufweist.
Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die mindestens einen Fahrzeugsensor nach Anspruch 17 aufweist.
Verwendung eines Fahrzeugsensors nach Anspruch 18 zur Detektion von Lagerschäden, Bremsverschleiss, Dröhngeräuschen in einem Kraftfahrzeug, Anomalien eines Verbrennungsmotors und/oder Fahrbahnbelägen und/oder Sachbeschädigungen (Blechschaden oder Glasbruch).