DE102007055431A1

DE102007055431A1 - Verfahren zur Detektion von Beschleunigung in einem Fahrzeug sowie geeignete Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE102007055431A1
Application number: DE200710055431
Authority: DE
Inventors: Reiner Gross
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Detektion von Beschleunigung in einem Fahrzeug, insbesondere bei einem Aufprall, vorgestellt, indem die Position eines Insassen erfasst und aus der Position des Insassen die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleiteKräfte (gx, gy) senkrecht zur Hochachse (Z) des Fahrzeugs erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet. Zudem wird eine entsprechende Vorrichtung zur Detektion von auf einen Sitz eines Fahrzeugs wirkenden Kräften durch Objekte auf dem Sitz vorgestellt, die Mittel (4.2.2, 4.2.3) zum Erfassen der auf den Sitz wirkenden Kräfte (gx, gy) senkrecht zur Hochachse (Z) des Fahrzeugs und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Beschleunigung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Zudem wird eine geeignete Vorrichtung vorgestellt.
Beschleunigungen werden in Fahrzeugen üblicherweise mittels separater Beschleunigungssensoren erfasst, die vorzugsweise verteilt im Fahrzeug angeordnet sind und bei denen jeweils die Bewegung eines Masseelements erfasst wird, wobei für die Erfassung diverse Messprinzipien bekannt sind, insbesondere eine piezoelektrische oder kapazitive Umwandlung in ein entsprechendes elektrisches Signal erfolgt.
Darüber hinaus sind aus dem Bereich der Sitzbelegungserkennung und Positionserkennung für die positionsgerechte Auslösung bzw. Auslöseverhinderung von Insassenschutzeinrichtungen, insbesondere die sogenannte Out-Of-Position-Detektion, optische Sensoren wie auch Sitzbelegungsererkennungsmatten bekannt, mittels welchen die Sitzbelegung und Position des Insassen erkannt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Konzept für die Ermittlung der Beschleunigung vorzustellen. Zudem wird eine geeignete Vorrichtung vorgestellt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass zur Detektion von Beschleunigung in einem Fahrzeug, insbesondere einen Aufprall die Position eines Insassen erfasst und aus der Position des Insassen die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Mag eine solche Erfassung gegenüber separaten Beschleunigungssensoren nicht die gleiche Genauigkeit auffassen, so lässt sich eine solche Bewertung doch insbesondere ohne zusätzliche Sensoren oder nur durch geringe bauliche Veränderungen an diesen erreichen und so zumindest eine kostengünstige Plausibilisierung anderweitig gewonnener Beschleunigungssignale erreichen, was gerade für den Insassenschutz völlig ausreichend ist.
So wird beispielsweise die Position des Insassen anhand von auf einen Sitz wirkenden Kräfte erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet, insbesondere auf den Sitz wirkenden Kräfte senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich, indem die zeitliche Veränderung der Position des Insassen im Fahrzeug erfasst und aus dieser Veränderung die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Zudem wird eine Vorrichtung zur Detektion von auf einen Sitz eines Fahrzeugs wirkenden Kräften durch Objekte auf dem Sitz vorgestellt, welche Mittel zum Erfassen der auf den Sitz wirkenden Kräfte senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals aufweist. Während herkömmliche Sitzbelegungsvorrichtungen das Gewicht und damit immer die Kräfte in Richtung der Hochachse erfassen, kann durch einfache bauliche Massnahmen auch eine Erfassung der Kräfte in Fahrtrichtung bzw. in Querrichtung erreicht werden.
So wird beispielsweise vorgeschlagen. eine Sitzbelegungserkennungsmatte mit einer Mehrzahl von Messzonen vorzusehen und zumindest eine Messzone auf dem Sitz mit einem Winkel größer 0 Grad zur Sitzebene auszurichten und somit durch diese Messzone auf den Sitz wirkende Kräfte senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs zu erfassen.
Auch kann an der Sitzfläche zumindest ein sensierbares Referenzobjekt sowie ein Sensor zur Detektion der Position des Referenzobjektes bezüglich dem Sensor senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs vorgesehen werden.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der 1 bis 2 näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein.
Es zeigen
1: Insassenschutzsystem gemäß dem Stand der Technik.
2: Insassenschutzsystem gemäß der Erfindung mit einer in die Sitzbelegungserkennung integrierten Beschleunigungserkennung
3: Ausführungsbeispiel einer Sitzbelegungserkennung mit integrierter Beschleunigungserkennung
Wie aus der 1 ersichtlich ist, besteht ein Insassenschutz-Steuergerät zum Ansteuern der Insassenschutzrückhaltemittel eines Kraftfahrzeugs (1) im Regelfall aus einem Zentralsteuergerät (3), sowie einen oder mehreren ausgelagerten Sensoren (2). Im Zentralsteuergerät (3) befinden sich vorzugsweise noch ein oder mehrere separate beschleunigungsempfindliche Sensoren (3.1) zum Erfassen von crash-bedingten Fahrzeugbeschleunigungen(-Verzögerungen). Darüber hinaus verfügen die Fahrzeuge (1) oftmals über so genannte Sitzbelegungserkennungs-Systeme (4)(SBE), zur Ermittlung bzw. Klassifizierung, ob ein Beifahrer vorhanden ist, sowie ob es sich um schwere oder leichte Fahrzeuginsassen handelt, um auf diese Daten abgestimmt die Insassenrückhaltemittel optimal ansteuern zu können.
Zur Vereinfachung der Zentralgeräte (3) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, wie aus den 2 und 3 ersichtlich, dass die SBE-Systeme (4) in der Funktion derart ergänzt werden, dass mittels Zuhilfenahme der SBE-Systeme (4) auch eine Fahrzeug-Beschleunigung(-Verzögerung) erfasst werden kann, um somit gegebenenfalls auf die beschleunigungsempfindliche Sensoren (3.1) beispielsweise im Zentralsteuergerät (3) verzichten zu können.
Im einfachstem Falle erfolgt die Funktionserweiterung der SBE-Systeme (4) – damit mittels den SBE-Systemen (4) auch eine Beschleunigungserfassung (4.1) ermöglicht wird – in der Art, dass die bekannten druckempfindlichen Sensormatten (4.2), als Mehrzonen-Matten realisiert werden, und wie in 3 gezeigt zwischen einem Sitzunterteil (5.2) und einem Sitzoberteil (5.1) so angeordnet werden, dass neben zumindest einer Zone (4.2.1) für die herkömmliche Gewichtserfassung in Z-Richtung weitere Zonen (4.2.2/4.2.3) auf, in beziehungsweise unter dem Sitz mit einem Winkel größer 0 Grad zur Sitzebene ausgerichtet ist und somit diese Messzone (4.2.2, 4.2.3) auf den Sitz wirkende Kräfte senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs erfassen. Je näher der Winkel 90 Grad entspricht, so größer wird gemäß der Vektorverteilung der Kräfte der Anteil in Fahrtrichtung.
Mittels diesen derart gestalteten und angeordneten druckempfindlichen Sensormatten (4.2), kann dann, wie in 3 gezeigt, sowohl eine Gewichtskraft des Fahrzeuginsassen (infolge des Gewichts des Insassen & der Erdanziehung), als auch eine Bewegungskraft (infolge des Gewichts des Insassen & der Beschleunigung/Verzögerung) erfasst werden, da bei einer Beschleunigung/Verzögerung sich die Kräfte zwischen den „Schrägen" der beiden Sitzteile ändern.
Anstelle einer direkten Kraftsensierung in die X- bzw. natürlich auch Y-Richtung kann aber auch aus der reinen Positionsänderung auf die Beschleunigung geschlossen werden. So ist das Material (4.2) als Feder eines Messsystems zu verstehen, die eine Kraft F1 nach der Gleichung F = c·ds in einen Weg ds umsetzt. Dabei bezeichnet c die Federkonstante des Materials. Diese Kraft F ist nun gleich dem Produkt aus einem Beschleunigungsvektors a und der Masse, die diese Beschleunigung sieht. Die Masse, die auf (4.2) wirkt, errechnet sich als Summe der Masse mm1 der Sitzfläche (5.1) und der Masse m2 des Insassen: F = (m1 + m2)·a
Daraus ergibt sich: F = (m1 + m2)·a = c·ds und a = c·ds/(m1 + m2)
Der Weg ds ist nun direkt proportional zur Beschleunigung a, die Proportionalitätskonstante ergibt sich zu (m1 + m2)/c.
Die Masse m1 der Sitzfläche (5.1) und die Federkonstante c sind durch die Konstruktion festgelegt und somit bekannt.
Die Masse m2 des Insassen lässt sich in z-Richtung des Fahrzeugs nach der Gleichung m2 = c·ds(z)/a mit a = g = 9.81 m/s² über die Erdbeschleunigung bestimmen. Alternativ kann natürlich das Gewicht auch über die Gewichtsmatte direkt bestemmt werden. Damit sind aber alle Größen der Proportionalitätskonstante (m1 + m2)/c bekannt bzw. ermittelbar.
Die Federkonstante des Materials kann nun an die gewünschten Sensierrichtungen der Beschleunigung zur Erzielung eines gewünschten Weges ds angepasst werden. Die Längenänderung ds in X-Richtung, oder eben vorzugsweise auch in Y- und/oder Z-Richtung wird beispielsweise optisch, kapazitiv, resistiv gemessen.
Ergänzend sei hier nochmals angefügt, dass das gezeigte 2-dimensionale Ausführungsbeispiel der 3, auch 3-dimensional ausgeführt sein kann, so dass mittels der erfindungsgemäßen Sensorik auch eine x-y-Beschleunigungserfassung, also insbesondere auch eine Bewertung der Querbeschleunigung in Y-Richtung und so beispielsweise eine Seitenaufprallerkennung möglich ist.
Anstelle der genannten druckempfindlichen Sensormatten (4.2), sind auch Lösungen mit anderen Funktionsprinzipien möglich, wie beispielsweise eine kapazitive Lösung oder der gleichen am Sitz denkbar.
Alternativ zu dieser sitzbezogenen Detektion kann das Verfahren auch durch Erfassung des Insassen durch andere, beispielsweise optische Mittel erfolgen, indem beispielsweise eine optische Sitzbelegungs- und Out-Of-Position Kamera oder Mehrzonenmesssystem die Position des Insassen, insbesondere die Veränderung dieser Position erfasst und aus dieser die auf den Insassen und damit auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird. Ein solches aus der Position und Positionsänderung des Insassen abgeleitetes Beschleunigungssignal kann zur Plausibilisierung der anderen Crashsignale, wie konventioneller G-Signale, Körperschallsignaturen oder Druckänderungen in Hohlräumen und dergleichen genutzt werden.

Claims

Verfahren zur Detektion von Beschleunigung in einem Fahrzeug, insbesondere einen Aufprall, dadurch gekennzeichnet, dass die Position eines Insassen erfasst und aus der Position des Insassen die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Insassen anhand von auf einen Sitz wirkenden Kräfte erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsverteilung auf dem Sitz erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Sitz wirkenden Kräfte (Gx, gy) senkrecht zur Hochachse (Z) des Fahrzeugs erfasst und daraus die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Veränderung der Position des Insassen im Fahrzeug erfasst und aus dieser Veränderung die auf ein Fahrzeug wirkende Beschleunigung abgeleitet wird.
Vorrichtung zur Detektion von auf einen Sitz eines Fahrzeugs wirkenden Kräften durch Objekte auf dem Sitz, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (4.2.2/4.2.3) zum Erfassen der auf den Sitz wirkenden Kräfte (gx, gy) senkrecht zur Hochachse (Z) des Fahrzeugs und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sitzbelegungserkennungsmatte mit einer Mehrzahl von Messzonen vorgesehen ist und zumindest eine Messzone (4.2.2, 4.2.3) auf dem Sitz mit einem Winkel (a) größer 0 Grad zur Sitzebene ausgerichtet ist und somit diese Messzone(n) (4.2.2, 4.2.3) auf den Sitz wirkende Kräfte (gx, gy) senkrecht zur Hochachse (Z) des Fahrzeugs erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sitzfläche zumindest ein sensierbares Referenzobjekt sowie ein Sensor zur Detektion der Position des Referenzobjektes bezüglich dem Sensor senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sitzfläche zumindest eine Elektrode vorgesehen und die Position dieser Elektrode mittels eines kapazitiven Messsystems senkrecht zur Hochachse des Fahrzeugs vorgesehen ist.