DE102005036623B4

DE102005036623B4 - Crash-Sensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Crash-Ereignisses

Info

Publication number: DE102005036623B4
Application number: DE102005036623.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Fricke Michael; Werner Menzel; Gerd Hoppe; Jörg Winkler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: DE102005036623A1

Abstract

Crash-Sensorvorrichtung umfassend
- eine erste Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Luftdrucks (P) in einem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals (7) und
- eine Auswerteeinrichtung (4) zur Ausgabe eines Crash-Warnsignals (9) in Abhängigkeit des ersten, Sensorsignals (7) und eines bereitgestellten zweiten Sensorsignals (8),
- eine zweite Sensoreinrichtung (2) zur Erfassung einer physikalischen Größe (T) in/an dem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung des zweiten Sensorsignals (8) in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe (T),
wobei die zweite Sensoreinrichtung (2) einen Temperatursensor umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperatursensor derart ausgebildet ist, dass der Temperatursensor bei einer erfassten Druckäußerung eine Temperaturänderung erfasst, wobei das zweite Sensorsignal (8) nur ausgegeben wird, wenn eine Temperaturänderung über einer vorgegebenen Mindesttemperaturänderung festgestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Crash-Sensorvorrichtung umfassend eine erste Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Luftdrucks in einem Messvolumen und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals und eine Auswerteeinrichtung zur Ausgabe eines Crash-Warnsignals in Abhängigkeit des ersten Sensorsignals und eines bereitgestellten zweiten Sensorsignals. Darüber hinaus wird ein Fahrzeug vorgestellt mit einer ersten Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Luftdrucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals und einer zweiten Sensoreinrichtung, welche von der ersten Sensoreinrichtung räumlich getrennt ist, zur Erfassung einer physikalischen Größe und zur Bereitstellung eines entsprechenden zweiten Sensorsignals, wobei in Abhängigkeit des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals ein Crash-Warnsignal bereitstellbar ist. Ein Verfahren zum Erfassen eines Crash-Ereignisses ist ebenfalls Inhalt der vorliegenden Erfindung.
Für die Sensierung von Unfallereignissen und zur rechtzeitigen Aktivierung eines Fahrzeugairbags werden neben den bekannten Beschleunigungssensoren in zunehmendem Maße auch Drucksensoren verwendet. Dabei wird über einen entsprechenden Drucksensor eine Druckänderung innerhalb eines in einem Fahrzeugbauraum angebrachten Messvolumens detektiert. Eine Airbagaufblaseinrichtung wird aktiviert, sobald eine Druckänderung über einer vorgegebenen Mindestdruckänderung gemessen wird. Diese Art der Airbagaktivierung gewährleistet eine frühere Vorhersage eines Crash-Ereignisses und damit eine rechtzeitigere Auslösung eines Airbags gegenüber einer Crash-Vorhersage durch einen Beschleunigungssensor. Man spricht deshalb auch von einer extrem kurzzeitigen Zündung der Airbagmodule bei einer Sensierung eines Unfallereignisses durch einen Drucksensor.
Allerdings können Drucksensoren, wie sie zur Erfassung einer Luftdruckerhöhung innerhalb eines Messvolumens verwendet werden, im Fehlerfall ein Fehlsignal ausgeben. Der Drucksensor gibt in diesem Fall ein Warnsignal aus, obwohl der Luftdruck innerhalb des Messvolumens sich nicht signifikant erhöht hat. Dies kann dazu führen, dass eine Airbageinrichtung aktiviert wird, ohne dass ein Unfallereignis vorliegt oder unmittelbar auf die Airbagauslösung folgt. Geschieht dies während einer Fahrt, so wird der Fahrer dadurch deutlich behindert, was zu einem Unfall führen kann.
Bei einer Airbagvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik basiert die Auslöseentscheidung deshalb auf einer logischen Verknüpfung der Sensorsignale mehrerer Sensoren. Dabei werden beispielsweise ein Drucksensor in einer Fahrzeugtür und ein Beschleunigungssensor auf einem Tunnel des Fahrzeugs gleichzeitig ausgewertet. Die Airbagaufblaseinrichtung wird in diesem Fall bei einer entsprechenden Übereinstimmung der jeweiligen Sensorsignale aktiviert. Diese Informationsredundanz ist notwendig, um eine mögliche Fehlfunktion eines Drucksensors über eine Plausibilitätsbetrachtung zu erkennen und eine Fehlaktivierung eines Airbags sicher zu verhindern.
Ein Nachteil dieser herkömmlichen Plausibilitätsprüfungen ist, dass durch diese ein zeitlicher Verzug der druckbasierten Auslöseentscheidung auftritt. Die potentiellen Möglichkeiten einer frühzeitigen Auslösung eines Airbags durch die Verwendung eines Drucksensors werden somit stark einschränkt.
Aus der DE 298 22 611 U1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Insassenschutzmittels eines Fahrzeugs bekannt, mit einem druckempfindlichen Sensor zum Erkennen einer durch einen Aufprall hervorgerufenen Druckänderung in einer fahrzeugrandseitig angeordneten Kammer und mit einer Auswerteeinheit zum Auswerten des aufgenommenen Druckes. Weiter ist fahrzeugrandseitig ein Beschleunigungssensor zum Aufnehmen einer Fahrzeugquerbeschleunigung angeordnet, wobei die Auswerteeinheit z um Auswerten der aufgenommenen Querbeschleunigung ausgebildet ist. Weiter ist eine Zündeinheit zum Steuern des Insassenschutzmittels abhängig von dem ausgewerteten Druck der ausgewerteten Beschleunigung vorgesehen.
Aus der DE 101 44 266 C1 ist eine Vorrichtung zur Seitenaufprallerkennung in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Sensor zur Seitenaufprallerkennung und Mittel zur Plausibilisierung eines Signals des wenigstens einen Sensors aufweist. Dabei dient ein in einem Seitenteil des Fahrzeugs angeordneter Lautsprecher als ein Mittel zur Plausibilisierung des Signals, wobei mit dem Lautsprecher eine Schaltung zur Trennung zwischen Geräuschen und schnellen Luftdruckschwankungen verbindbar ist, wobei die Schaltung mit einem Steuergerät für Rückhaltemittel verbindbar ist.
Aus der DE 100 62 427 A1 ist eine Anordnung zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug bekannt, bei der wenigstens zwei Druckkammern in unterschiedlichen Bereichen oder an unterschiedlichen Positionen gleicher Bereiche am oder im Fahrzeug angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Druckkammern über Verbindungsleitungen paarweise jeweils an einen Differenzdrucksensor angeschlossen sind.
Aus der DE 1201 23 840 A1 ist eine Anordnung zur Seitenaufprallsensierung bekannt, wobei die Anordnung mit einem Steuergerät verbindbar ist und einen Temperatursensor sowie einen Beschleunigungssensor zur Seitenaufprallsensierung aufweist, wobei die Anordnung als eine bauliche Einheit in einem als Hohlkörper ausgebildeten Seitenteil eines Fahrzeugs angeordnet ist. Dabei weist die Anordnung einen Prozessor zur Auswertung wenigstens eines der Sensorsignale als Plausibilitätsüberprüfung auf, wobei ein Ergebnis der Plausibilitätsüberprüfung an das Steuergerät übertragen wird.
Aus der DE 103 12 104 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln bekannt, wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Vorrichtung bei der Ansteuerung der Rückhaltemittel eine Gefahrensituation berücksichtigt, wobei die Gefahrensituation mittels wenigstens eines Umgebungssensors und/oder einer Fahrverhaltenserkennung erkannt wird.
Aus der gattungsgemäßen DE 101 14 465 A1 ist eine Crash-Sensorvorrichtung bekannt, umfassend eine erste Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Luftdrucks in einem Messvolumen und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals. Weiter umfasst die Crash-Sensorvorrichtung eine zweite Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe in/an dem Messvolumen und zur Bereitstellung eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe, wobei die zweite Sensoreinrichtung einen Temperatursensor umfasst. Weiter ist eine Auswerteeinrichtung zur Ausgabe eines Crash-Signals in Abhängigkeit des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine verlässliche Möglichkeit zur frühzeitigeren Auslösung eines Fahrzeug-Airbags zu finden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Crash-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4. Ebenso wird die Aufgabe gelöst und durch ein Verfahren zum Erfassen eines Crash-Ereignisses nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Crash-Sensorvorrichtung sind in den entsprechenden Unteransprüchen definiert.
Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Plausibilitätsprüfung schneller durchgeführt werden kann, wenn für die Plausibilitätsprüfung nicht auf einen vom Drucksensor entfernt angebrachten Sensor zurückgegriffen werden muss. Idealerweise liefert der betrachtete Drucksensor selbst das Plausibilitätssignal für das Crash-Ereignis. Durch die erfindungsgemäße Crash-Sensorvorrichtung ist dies gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der in 1 dargestellten Airbagvorrichtung für ein Fahrzeug erläutert. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel stellt dabei eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die in 1 skizzierte Airbagvorrichtung weist einen Drucksensor 1, einen Temperatursensor 2, ein Messvolumen 3, eine Auswerteeinrichtung 4 und eine Airbagaufblaseinrichtung 5 auf. Dabei sind der Drucksensor 1 und der Temperatursensor 2 direkt an dem Messvolumen 3 in einer Fahrzeugtür 6 angeordnet. Auch die Auswerteeinrichtung 4 befindet sich in dem Beispiel von 1 in der Fahrzeugtür 6, was allerdings für die Umsetzung der beschriebenen Erfindung nicht zwingend ist.
Erfährt das Fahrzeug mit der Fahrzeugtür 6 eine starke Geschwindigkeitsänderung, wie dies bei einem unmittelbaren Fahrzeug-Crash der Fall ist, so ändert sich der Luftdruck P innerhalb des Messvolumens 3. Diese Luftdruckänderung kann über den Drucksensor 1 erfasst werden. Dazu enthält der Drucksensor 1 eine oder mehrere Membranen, beispielsweise aus Silizium (SI), welche an das Gasvolumen angrenzen. Durch eine Druckänderung im Messvolumen 3 ändert sich die Wölbung der Membranen. Ist an mindestens einer der Membranen ein Piezoelement angebracht, so lässt sich eine Verformung dieser Membran über einen Spannungssensor oder über einen kapazitiven Sensor nachweisen. Über die Verformung einer oder mehrerer dieser Membranen lässt sich somit eine Druckänderung in dem Messvolumen 3 messen. Liegt die gemessene Luftdruckänderung über einem vorgegeben Schwellwert, so gibt der Drucksensor 1 ein entsprechendes Sensorsignal 7 an die Auswerteeinrichtung 4 aus.
Der Temperatursensor 2 misst die Temperatur T innerhalb des Messvolumens 3 bei gleichzeitigem Betrieb des Drucksensors 1. Auf diese Weise lässt sich gleichzeitig mit einer Druckänderung auch eine Temperaturänderung in dem Messvolumen 3 erfassen. Die erfasste Temperaturänderung wird anschließend mit einer vorgegebenen Mindesttemperaturänderung verglichen. Wird eine Temperaturänderung über der vorgegebenen Mindesttemperaturänderung festgestellt, so gibt der Temperatursensor 2 ebenfalls ein Sensorsignal 8 an die Auswerteeinrichtung 4 aus.
Aufgrund der schnellen Erhöhung des Luftdrucks P bei einem auftretenden Fahrzeug-Crash kann man hierbei von einem adiabatischen Vorgang sprechen. Eine für eine Crasherkennung relevante physikalische Druckänderung ist aus diesem Grund auch mit einer gut erfassbaren Temperaturänderung verbunden, welche gleichzeitig mit der Druckänderung auftritt. Auf diese Weise kann man eine unmittelbare Crasheinwirkung über zwei unterschiedliche physikalische Messgrößen, welche innerhalb des Messvolumens 3 gemessen werden, sicher nachweisen.
Die Sensoreinrichtungen 1 und 2 senden damit nahezu gleichzeitig je ein Sensorsignal 7 und 8 an die Auswerteeinrichtung 4 aus. Die Auswerteeinrichtung 4 ist so ausgelegt, dass sie sofort bei Erfassung der Sensorsignale 7 und 8 ein entsprechendes Aktivierungssignal 9 an die Airbagaufblaseinrichtung 5 ausgibt. Wird hingegen von der Auswerteeinrichtung 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nur ein Warnsignal 7 oder 8 erfasst, so gibt die Auswerteeinrichtung 4 kein Aktivierungssignal 9 an die Airbagaufblaseinrichtung 5 aus.
Über die in 1 skizzierte erfindungsgemäße Airbagvorrichtung ist es möglich, innerhalb eines kurzen Zeitraums eine Plausibilitätsüberprüfung bezüglich eines Warnsignals 7 von einem Drucksensor 1 durchzuführen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass in Folge einer Fehlmeldung des Drucksensors 1 die Airbagaufblaseinrichtung 5 aktiviert wird, ohne dass ein Unfallereignis befürchtet werden muss.
Als Alternative oder als Ergänzung zu dem Temperatursensor 2 bietet sich auch ein Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Geschwindigkeitsänderung an einer Komponente des Drucksensors 1 an. Eine derartige Komponente kann beispielsweise eine der Membranen des Drucksensors 1 sein, welche in diesem Fall so ausgelegt ist, dass sie auf eine Druckänderung nicht sensitiv ist. Auch die einzelnen Membranen sind im unmittelbaren Crashfall einer Beschleunigung ausgesetzt, welche über einen Beschleunigungssensor nachgewiesen werden kann. Der dabei gemessene Wert kann sofort zur Plausibilitätsüberprüfung herangezogen werden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, in eine Membran des Drucksensors 1, welche zuvor so verändert wurde, dass sie auf eine Druckänderung innerhalb des Messvolumens 3 nicht reagiert, oder in eine andere beschleunigungssensitive Struktur des Drucksensors 1 ein piezoresistives Element einzubringen oder eine DMS-(Struktur) (Dehnungs-Mess-Streifen) einzuätzen. Eine Beschleunigung der Membran lässt sich somit über eine Widerstandsänderung an dem piezoresistiven Element oder an der DMS-Struktur nachweisen. Ein Widerstandsänderungssignal kann in diesem Fall schnell zur Plausibilitätsüberprüfung eines Druckzunahmesignals herangezogen werden.
Es ist aber auch möglich, die Verformung einer Membran und die damit verbundenen Auswirkungen an ein daran angeordnetes Piezoelement über zwei unterschiedliche Sensoreinrichtungen nachzuweisen. Diese können beispielsweise ein Spannungssensor und ein kapazitiver Sensor sein. Erfassen der Spannungssensor und der kapazitive Sensor unabhängig voneinander innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls eine starke Druckzunahme innerhalb des Messvolumens 3, so kann ein „Fehlalarm“ nahezu ausgeschlossen werden.
Gegebenenfalls kann auch ein zweiter Drucksensor räumlich getrennt vom ersten Drucksensor 1 innerhalb des Messvolumens 3 angebracht werden. Erhält die Auswerteeinrichtung 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls von beiden Drucksensoren ein Druckzunahmesignal, so ist eine Zunahme des Luftdrucks P innerhalb des Messvolumens 3 nahezu zweifelsfrei nachgewiesen.
Ebenso ist es möglich, den zweiten Drucksensor mit einem eigenen Messvolumen auszustatten und ihn nahe an dem ersten Drucksensor 1 innerhalb einer Fahrzeugeinrichtung, wie beispielsweise einer Fahrzeugtür 6, einer A-Säule, einer B-Säule oder einem Karosserieholm anzuordnen. Aufgrund der Tatsache, dass beide Drucksensoren innerhalb einer Fahrzeugeinrichtung angeordnet sind, kann die Auswerteeinrichtung 4 zur Auswertung der Sensorsignale der beiden Drucksensoren in deren naher Umgebung angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Zeitverlust durch die Übertragung der einzelnen Sensorsignale von den Drucksensoren zu der Auswerteeinrichtung 4 verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Drucksensor
2: Temperatursensor
3: Messvolumen
4: Auswerteeinrichtung
5: Airbagaufblaseinrichtung
6: Fahrzeugtür
7,8: Sensorsignale
9: Aktivierungssignal
P: Luftdruck
T: Temperatur

Claims

Crash-Sensorvorrichtung umfassend - eine erste Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Luftdrucks (P) in einem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals (7) und - eine Auswerteeinrichtung (4) zur Ausgabe eines Crash-Warnsignals (9) in Abhängigkeit des ersten, Sensorsignals (7) und eines bereitgestellten zweiten Sensorsignals (8), - eine zweite Sensoreinrichtung (2) zur Erfassung einer physikalischen Größe (T) in/an dem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung des zweiten Sensorsignals (8) in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe (T), wobei die zweite Sensoreinrichtung (2) einen Temperatursensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor derart ausgebildet ist, dass der Temperatursensor bei einer erfassten Druckäußerung eine Temperaturänderung erfasst, wobei das zweite Sensorsignal (8) nur ausgegeben wird, wenn eine Temperaturänderung über einer vorgegebenen Mindesttemperaturänderung festgestellt wird.
Crash-Sensorvorrichtung umfassend - eine erste Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Luftdrucks (P) in einem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals (7) und - eine Auswerteeinrichtung (4) zur Ausgabe eines Crash-Warnsignals (9) in Abhängigkeit des ersten Sensorsignals (7) und eines bereitgestellten zweiten Sensorsignals (8), - eine zweite Sensoreinrichtung (2) zur Erfassung einer physikalischen Größe (T) an mindestens einer Komponente der ersten Sensoreinrichtung (1) und zur Bereitstellung des zweiten Sensorsignals (8) in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe (T), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinrichtung (2) einen Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Geschwindigkeitsänderung von der mindestens einen Komponenten der ersten Sensoreinrichtung (1) umfasst.
Crash-Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinrichtung (1) eine oder mehrere Membranen enthält, wobei an mindestens einer Membran ein Piezoelement angeordnet ist, wobei in eine Membran des Drucksensors, welche zuvor so verändert wurde, dass sie auf eine Druckänderung innerhalb des Messvolumens (3) nicht reagiert, oder in eine andere beschleunigungssensitive Struktur des Drucksensors ein piezoresistives Element eingebracht oder ein Dehnungsmessstreifen eingeätzt ist.
Crash-Sensorvorrichtung umfassend - eine erste Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Luftdrucks (P) in einem Messvolumen (3) und zur Bereitstellung eines entsprechenden ersten Sensorsignals (7) und - eine Auswerteeinrichtung (4) zur Ausgabe eines Crash-Warnsignals (9) in Abhängigkeit des ersten Sensorsignals (7) und eines bereitgestellten zweiten Sensorsignals (8), - eine zweite Sensoreinrichtung (2) zur Erfassung einer physikalischen Größe (T) an mindestens einer Komponente der ersten Sensoreinrichtung (1) und zur Bereitstellung des zweiten Sensorsignals (8) in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe (T), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinrichtung (1) eine oder mehrere Membranen enthält, wobei an mindestens einer Membran ein Piezoelement angeordnet ist, wobei ein Spannungssensor und ein kapazitiver Sensor als erste und zweite Sensoreinrichtung unabhängig voneinander die Verformung der Membran erfassen.
Crash-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Crash-Warnsignals (9) ein Rückhaltemittel und/oder ein Airbag (5) aktivierbar ist.
Verfahren zum Erfassen eines Crash-Ereignisses an einem Fahrzeug durch - Erfassen eines Luftdrucks (P) in einem Messvolumen (3) durch eine erste Sensoreinrichtung (1), - Erfassen eines zweiten Sensorsignals (8) durch eine zweite Sensoreinrichtung (2) und - Ausgeben eines Crash-Warnsignals (9) in Abhängigkeit des erfassten Luftdrucks (P) und des zweiten Sensorsignals (8), - Erfassen einer physikalischen Größe (T) als zweites Sensorsignal (8) in/an dem Messvolumen (3) und - Bereitstellen des zweiten Sensorsignals (8) in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Größe (T), wobei die zweite Sensoreinrichtung (2) einen Temperatursensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor derart ausgebildet ist, dass der Temperatursensor bei einer erfassten Druckäußerung eine Temperaturänderung erfasst, wobei das zweite Sensorsignal (8) nur ausgegeben wird, wenn eine Temperaturänderung über einer vorgegebenen Mindesttemperaturänderung festgestellt wird.