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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit gemäß Anspruch 1, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Sensoreinheit zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug gemäß Anspruch 7 sowie ein Bereitstellungsverfahren zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objekts mit einem Fahrzeug gemäß Anspruch 8.
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Bei einem Fahrzeugcrash (d. h. einem Fahrzeugunfall) – und bei dementsprechender Unfallschwere – werden unter anderem irreversible Sicherheitssysteme ausgelöst, um die Insassen zu schützen (z. B. Airbag, Gurtstraffer, Gurtkraftminderer usw.). Bei solch einer Auslösung wird die Entscheidung an Hand von zwei Sensorsignalen getroffen:
- – ein Triggersignal mit höherer Auslöseschwelle zur Auslösung des Rückhaltemittels, und
- – ein Plausibilitätssignal mit niedrigerer Auslöseschwelle zur Überwachung des Triggersignals und zur Vermeidung von fehlerhaften Auslösungen.
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Diese beiden Signale kommen meist aus unterschiedlichen Crash-Sensoren wie beispielsweise:
- – einem Upfrontsensor (= Beschleunigungssensor im Frontbereich des Fahrzeugs),
- – einem PAS (PAS = peripheral acceleration sensor = peripherer Beschleunigungssensor, in der Fahrzeugseite),
- – einem PPS (PPS = peripheral pressure sensor = peripherer Drucksensor, in der Fahrzeugseite)
- – einem Airbag-Steuergerät (insbesondere Beschleunigungssensoren hierin).
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Diese Trigger- und Plausibilitätssignale sind notwendig um Fehlauslösungen auszuschließen; eine feste Zuordnung welches Sensorsignal als Trigger- oder als Plausibilitätssignal verwendet wird, gibt es nicht.
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Bekannt ist auch die Verwendung von Umfeldsensoren (z. B. Radarsensoren), um das Auslöseverhalten der Rückhaltesysteme durch schon vor dem Crash (d. h. Unfall) ermittelte Informationen zu verbessern.
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Bekannt sind weiterhin kapazitive Abstandssensoren (z. B. aus der
GB2404443A ), die den Außenbereich von Fahrzeugen überwachen, um eine bevorstehende Kollision zu erkennen.
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Aus den gesetzlichen Seitencrashanforderungen und sehr wichtigen Verbrauchertests sind zwei äußerst schwer zu bestehenden Tests von großer Bedeutung:
- – Erstens der neue FMVSS214-Test, der auch „oblique pole test” genannt wird. Dabei wird das Fahrzeug nicht, wie üblich im 90°-, sondern im 75°-Winkel mit einer Geschwindigkeit von 32 km/h auf einen Pfahl geführt. Dabei wird das Fahrzeug so positioniert, dass der Pfahl direkt auf Kopfhöhe des Fahrers einschlagen soll. Da sich die stabilisierende A-Säule relativ weit entfernt vom erwarteten Aufprallort befindet, ist eine hohe Intrusion und somit ein hohes Verletzungsrisiko zu erwarten.
- – Zweitens der IIHS-Seitenaufprall-Test: Es handelt sich hier um einen Barrierentest, wobei die Barrierenstruktur der eines SUV-Fahrzeuges (SUV = sport utility vehicle = Geländewagen) entspricht. Gegenüber einem üblichen Seitencrash mit Barriere werden beim IIHS-Test eine höhere Masse und eine höhere Barriere mit mehr Bodenfreiheit verwendet. Dies bedeutet, dass die Intrusion über dem Schweller in das zu testende Fahrzeug einschlägt. Der sehr steife und dadurch stabilisierende Schweller hat hier nur sehr wenig positiven Einfluss beim Unfallgeschehen. Dies kann zu einem erhöhten Verletzungsrisiko für die Insassen des zu testenden Fahrzeugs führen.
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Im derzeitigen Stand der Technik gibt es zwei Varianten um eine Fehlauslösung des Rückhaltemittels (wie beispielsweise eines Airbags) zu vermeiden:
- 1. Das Triggersignal wird von einem peripheren Sensor und das Plausibilitätssignal direkt im Airbag- Steuergerät ermittelt.
- 2. Das Triggersignal wird von einem peripheren Sensor und das Plausibilitätssignal wird von einem anderen peripheren Sensor bereitgestellt.
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Bei manchen Fahrzeugen ist es mit diesem Stand der Technik bereits heute möglich, die Gesetzesanforderungen bzgl. Seitencrashs zu erfüllen. Allerdings gibt es noch genügend Fahrzeuge, die u. a. die neuen Crashtests (FMVSS214 „neu” und IIHS) mangelhaft oder gar nicht bestehen. Der Grund dafür ist oftmals eine zu spät erkannte Kollision und, da die Intrusionsgeschwindigkeit sehr hoch ist, besteht die Gefahr, dass sich der Seiten-Airbag (Thorax-Airbag) nicht richtig zwischen einen Insasse und die Fahrzeugstruktur positionieren kann.
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Weiterhin ist es auch möglich, eine logische Kombination von Signalen einer kapazitiven Sensorik, die den Außenraum um das Fahrzeug überwacht und die Annäherung von Objekten an das Fahrzeug sensiert, mit den Signalen der bisher schon im Seitenbereich von Fahrzeugen verbauten Beschleunigungs- oder Drucksensorik durchzuführen, um eine möglichst frühe Auslösung der Rückhaltemittel nach Kontakt mit dem Kollisionsobjekt zu ermöglichen.
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Auch kann ferner ein magnetischer Crashsensor verwendet werden, der sich innerhalb der Tür befindet und das intrudierende Türblech bei Seitenkollisionen sensiert.
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Um eine Bereitstellung von zwei Signalen zu erhalten, die auf unterschiedlichen physikalischen Erfassungsprinzipien basieren und die somit als Trigger- und Plausibilitätssignal verwendet werden können, ist auch einen so genannter „Combosensor” bekannt, der einen Druck- und einen Beschleunigungssensor in einem Sensorgehäuse kombiniert. Gegenüber einer Anordnung von einzelnen Druck- bzw. Beschleunigungssensoren (A = acceleration sensor = Beschleunigungssensor; P = pressure sensor = Drucksensor), wie sie in 1 in der oberen Darstellung im Fahrzeug 100 angeordnet sind, bietet der Verbau der genannten „Combosensoren” mit einem Druck- und Beschleunigungssensor in einem gemeinsamen Gehäuse (wie er in 1 in der unteren Darstellung wiedergegeben ist) einen Sicherheitsvorteil bei lediglich geringen zusätzlichen Kosten. Der Sicherheitsvorteil kann darin gesehen werden, dass beispielsweise bei einem FMVSS214 „neu”-Test (Oblique Pole Test) durch den Beschleunigungssensor des Combosensors P, A in der Türe des Fahrzeugs 100 eine etwa zwei Millisekunden frühere Airbag-Auslösung möglich wird. In 2 ist ein Diagramm von Beschleunigungsverläufen am Türbalken (schwarzer Graph mit Kreis), einem Druck in der Türe (dunkelgrauer Graph mit Dreieck) und einer Beschleunigung im Tunnel, in dem das Airbag-Steuergerät üblicherweise verbaut ist (hellgrauer Graph mit Rechtecken) dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass durch den Druck- bzw. Beschleunigungssensor in der Türe die um die Zeitspanne 200 frühere Auslösung des Airbags möglich ist.
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Aus der
DE 198 58 760 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Insassenschutzmittels eines Fahrzeugs bekannt, das einen druckempfindlichen Sensor zum Erkennen einer durch einen Aufprall hervorgerufenen Druckänderung in einer fahrzeugrandseitig angeordneten Kammer und fahrzeugrandseitig einen Beschleunigungssensor zum Aufnehmen einer Fahrzeugquerbeschleunigung enthält. Eine Auswerteeinheit wertet den aufgenommen Druck und die aufgenommene Querbeschleunigung aus. Eine Zündeinheit steuert das Insassenschutzmittel abhängig von dem ausgewerteten Druck und der ausgewerteten Beschleunigung.
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Aus der
DE 10 2004 016 266 A1 ist ein kompaktes multifunktionales Sensorelement bekannt. Um dieses bereitzustellen, wird ein Sensorelement zur Erfassung der Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs zusätzlich mit einer Abstandsmesseinrichtung zur Messung des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und einem fremden Objekt ausgestattet.
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Aus der
DE 42 42 230 A1 ist eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Sensorelement aufweist, das bei einem seitlichen Aufprall auf das Kraftfahrzeug ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal abgibt. Das Sensorelement weist mindestens einen elektrischen Kondensator auf, der in einer Oszillatorschaltung ein frequenzbestimmenden Schaltungselement bildet. Die Oszillatorschaltung ist mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler zusammengeschaltet, die als Ausgangssignal eine entsprechende elektrische Spannung abgibt.
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Aus der
DE 100 18 806 A1 ist eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche mindestens eine Elektrode und eine Gegenelektrode aufweisende Sensoranordnung besitzt, wobei durch die Vorrichtung ein Sensorsignal erzeugbar ist, welches eine durch die Verformung des Bauteils bewirkte Änderung der Kapazität der Elektrodenanordnung repräsentiert. Es ist vorgesehen, dass die Elektrode und ihre Gegenelektrode der Elektrodenanordnung benachbart zueinander auf einer Bodenplatte der Vorrichtung angeordnet sind und derart eine Kapazität ausbilden und dass eine durch eine Verformung des die Vorrichtung tragenden Bauteils bewirkte Deformation der Bodenplatte in einer Änderung der Relativposition der beiden Elektroden der Elektrodenanordnung und somit der Kapazität der Vorrichtung resultiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensoreinheit zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug, wobei die Sensoreinheit die folgenden Merkmale umfasst:
- – ein Sensorgehäuse;
- – eine vom Sensorgehäuse zumindest teilweise umgebenen Elektrode, die ausgebildet ist, um eine durch ein ankommendes Objekt verursachte Änderung eines elektrischen Feldes um das Sensorgehäuse kapazitiv zu erfassen;
- – eine vom Sensorgehäuse zumindest teilweise umgebene und mit der Elektrode verbundene Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um bei einer an der Elektrode angelegten Spannung eine Änderung des elektrischen Feldes um das Sensorgehäuse zu erkennen und hierauf ansprechend ein erstes Erkennungssignal bereitzustellen; und
- – einen vom Sensorgehäuse zumindest teilweise umgebenen Druck- und/oder Beschleunigungssensor, der ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druck- und/oder eine Beschleunigungsänderung bei einer Kollision des Objekts mit dem Fahrzeug ein zweites Erkennungssignals bereitzustellen.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Sensoreinheit zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Sensorgehäuses mit einer Elektrode, die von dem Sensorgehäuse zumindest teilweise umgeben ist;
- – Elektrisch leitfähiges Verbinden der Elektrode mit einer elektronischen Auswerteeinheit, die von dem Sensorgehäuse zumindest teilweise umgeben wird und die ausgebildet ist, um bei einer angelegten Spannung an der Elektrode eine Annäherung des Objektes kapazitiv zu erkennen und hierauf ansprechend ein erstes Erkennungssignal bereitzustellen; und Fixieren eines Druck- und/oder Beschleunigungssensors in dem Sensorgehäuse oder in der Auswerteeinheit, wobei der Druck- und/oder Beschleunigungssensor zumindest teilweise durch das Sensorgehäuse umgeben wird und wobei der Druck- und/oder Beschleunigungssensor ferner ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung und/oder eine Beschleunigungsänderung im Sensorgehäuse bei einer Kollision des Objekts mit dem Fahrzeug ein zweites Erkennungssignals bereitzustellen.
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Auch schafft die vorliegende Erfindung ein Bereitstellungsverfahren zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug durch eine Sensoreinheit, wobei das Bereitstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Beaufschlagen einer Elektrode einer Sensoreinheit und einer leitfähigen Lage und/oder einem Fahrzeugblech mit einer Spannung;
- – Erfassen einer Spannungsänderung und/oder Kapazitätsänderung zwischen der Elektrode und der elektrisch leitfähigen Lage und/oder dem Fahrzeugblech in einer Auswerteeinheit der Sensoreinheit, wobei ansprechend auf eine erfasste Spannungs- und/oder Kapazitätsänderung ein erstes Erkennungssignal bereitgestellt wird; und
- – Erkennen einer Druck- und/oder Beschleunigungsänderung durch einen Druck- oder Beschleunigungssensor der Sensoreinheit, wobei ansprechend auf die erkannte Druck- und/oder Beschleunigungsänderung ein zweites Erkennungssignal bereitgestellt wird.
- – Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das zur Ausführung von Schritten des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig
ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung von Schritten des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Vorsehen sowohl der Elektrode eines kapazitiven Sensors zusammen mit einer Elektronik des kapazitiven Sensors als auch einem Druck- und/oder Beschleunigungssensor in einem gemeinsamen Sensorgehäuse bei lediglich geringen zusätzlichen Kosten eine nochmalige Erhöhung der Sicherheitsfunktionalität bei der Auslösung eines irreversiblen Rückhaltemittels möglich wird. Insbesondere dadurch, dass nunmehr (zumindest ein Teil) eines kapazitiven Sensors in dem Sensorgehäuse untergebracht ist, braucht nicht auf einen Einschlag eines Objektes in das Fahrzeug (und die damit einhergehende Druck- und/oder Beschleunigungsänderung) gewartet werden, um 2 Signale bereitzustellen, die als Trigger- bzw. Plausibilitätssignal verwendbar sind. Vielmehr kann durch die (kapazitiv erfassbare) Änderung des elektrischen Feldes des kapazitiven Sensors bereits ein ankommendes Objektes erfasst werden. Dadurch, dass ferner zu wohl eine Elektrode als auch die Auswerteeinheit für den kapazitiven Teilsensor vom Sensorgehäuse umgeben sind, lässt sich auch ein Aufwand für die Verkabelung der Elektroden reduzieren, die zur möglichst störungsarmen Erfassung der Signale des kapazitiven (Teil-)Sensors möglichst kurz und unter Verwendung von geschirmten Kabeln erfolgen sollte. Zugleich bietet der erfindungsgemäße Ansatz die Möglichkeit, die Auswertung von Signalen des kapazitiven (Teil-)Sensors direkt vor Ort (das heißt im Einschlagbereich des Objektes) vorzunehmen und damit ein entsprechendes Erkennungssignal sehr früh bereitstellen zu können. Zusätzlich bietet der erfindungsgemäße Ansatz die Möglichkeit, die Signale der Auswerteeinheit sowie des Druck- und/oder Beschleunigungssensors über eine gemeinsame Schnittstelle an eine Steuereinheit (wie beispielsweise ein Airbag-Steuergerät) zu übermitteln, die sich entfernt von der Sensoreinheit, zum Beispiel im Tunnel des Fahrzeugs, befindet. Dies reduziert weiterhin den Aufwand für die Verkabelung der entsprechenden Sensoreinheit, insbesondere dann, wenn die Signale der Auswerteeinheit bzw. dem Druck- und/oder Beschleunigungssensor binär übertragen werden, so dass keine besonders gut geschirmten Kabel verwendet werden müssen.
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In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um das erste und zweite Erkennungssignal über eine gemeinsame Schnittstelle an ein sich entfernt befindendes Steuergerät zu übermitteln. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass lediglich ein Kabel von der Sensoreinheit zum entfernt angeordneten Steuergerät vorzusehen ist, was in den Aufwand für die Verkabelung deutlich reduziert. Zugleich kann eine Codierung des ersten und zweiten Erkennungssignals in der Auswerteeinheit erfolgen, so dass das entfernt angeordnete Steuergerät einfach die empfangenen Signale den jeweiligen Teilsensoren zuordnen kann.
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Auch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Sensor ferner einen von der Elektrode elektrisch isolierten Aktivschirm aufweisen, der elektrisch leitfähig mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, eine Richtung des auf die Sensoreinheit zu kommen den Objektes besser zu bestimmen, da durch den Aktivschirm, der leitfähig mit der Auswerteeinheit verbunden ist, eine präzise Richtungsmessung der Änderung des elektrischen Feldes bei einer angelegten Spannung an die Elektrode möglich ist.
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Günstig ist es auch, wenn die Auswerteeinheit einen Kontaktanschluss aufweist, der ausgebildet ist, um mit einer elektrisch leitfähigen Lage und/oder einem Fahrzeugblech verbunden zu werden, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, um durch die Elektrode und die elektrisch leitfähige Lage und/oder das Fahrzeugblech einen kapazitiven Teilsensor zu bilden. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass ein bereits vorhandenes Fahrzeugblech durch einfache Kontaktierung mit dem Kontaktanschluss als weitere Elektrode verwendbar ist, die zusätzlich noch eine sehr große Fläche aufweist. Dies ermöglicht die Erfassung von bereits kleinen Änderungen des elektrischen Feldes zwischen der Elektrode und die elektrische leitfähigen Lage bzw. dem Fahrzeugblech, so dass bereits eine sehr frühe Erkennung eines auf die Sensoreinheit zukommenden Objektes möglich ist.
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Ferner kann auch die Auswerteeinheit ausgebildet sein, als erstes Erkennungssignal ein digitales Signal bereitzustellen und/oder es kann der Druck- und/oder Beschleunigungssensor ausgebildet sein, als zweites Erkennungssignal ein digitales Signal bereitzustellen. Die Übermittlung von digitalen Signalen als erstes bzw. zweites Erkennungssignal bietet den Vorteil, dass eine wesentlich robustere Übertragung dieser Signale zu einer entsprechenden Auswerte- bzw. Steuereinheit möglich ist. Somit lässt sich der erforderliche Verkabelungsaufwand nochmals reduzieren, da keine geschirmten Kabel, beispielsweise zur Übertragung der Signale bei geringfügigen Änderungen des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden des Teilsensors, notwendig sind. Die Signale werden über den allgemeinen Schnittstellenstandard PSI5 von den Sensoren zum Airbag-Steuergerät übertragen.
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Auch kann die Auswerteeinheit eine Leiterplatine aufweisen, auf der der Druck- und/oder Beschleunigungssensor angeordnet ist. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine kompakte Schaltung für die Auswerteeinheit und den Druck- bzw. Beschleunigungssensor gebildet werden kann, so dass das Implementieren eines Druck- oder Beschleunigungssensor in die Sensoreinheit nur sehr geringe Zusatzkosten erfordert, um dennoch die vorteilhafte Erhöhung der Sicherheitsfunktionalität einer solchen Sensoreinheit zu erreichen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1a–b Darstellungen einer schematischen Anordnung von Sensoren oder kombinierten Sensoren in einem Fahrzeug;
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2 eine Darstellung der Verbesserung des Auslöseverhaltens bei der Auswertung von Sensorsignalen eines kombinierten Druck- und Beschleunigungssensors in einer Fahrzeugtüre gegenüber einer Auswertung der Sensorsignale in einem zentral angeordneten Steuergerät;
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3 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Elementen eines kapazitiven Sensors in einen Druck- oder Beschleunigungssensor in einer Seite des Fahrzeugs;
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4 eine schematische Darstellung der Anordnung von Elementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Sensoreinheit;
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5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Herstellungsverfahren; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Bereitstellungsverfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Nachfolgend genannte Dimensionen und Maße dienen nur der Veranschaulichung der Beschreibung der Erfindung und sind nicht dahingehend zu verstehen, dass die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt ist.
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Wie in den Darstellungen aus 1 zum Stand der Technik ersichtlich ist, kann an Seiten eines Fahrzeugs 100 ein Drucksensor P (1a) oder ein kombinierter Druck-Beschleunigungssensor P, A (1b) angeordnet werden, der einen Druck- und einen Beschleunigungsteilsensor umfasst. Hierdurch lässt sich, wie aus 2 ersichtlich ist, eine Verbesserung bzw. Verkürzung der Auslösezeiten zur Auslösung eines Airbags realisieren.
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3 zeigt nun eine schematische Anordnung von Elementen eines Sensorsystems, bei dem ebenfalls zwei unterschiedliche Sensortypen in einem Sensorgehäuse untergebracht sind. Dabei kann ein kombinierter Sensor 300, der beispielsweise einen der kapazitiven Teilsensor 310 und einen Beschleunigungteilsensor 320 (PAS) (oder einen in 3 nicht dargestellten Druckteilsensor PPS) umfasst, im oder unter der B-Säule eines Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Der kapazitive Teilsensor 310 kann über eine Verkabelung 330 mit einer Elektrode 340 verbunden sein, die beispielsweise in der Zierleiste der Tür des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Die Auswerteelektronik dieses kapazitiven Teilsensors 310 ist dabei im kombinierten Sensor 300 angeordnet. Die Signale der Teilsensoren 310 und 320 des kombinierten Sensors 300 können über eine weitere Verkabelung 350 an ein Steuergerät 360 übertragen werden, welches beispielsweise die Auslösung von Airbags im Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs 100 steuert. Gemäß der Darstellung aus 3 ist es somit vorgesehen, die Elektronik der Auswerteeinheit des kapazitiven Sensors 310 in ein bestehendes PAS- oder PPS-Gehäuse zu integrieren. Die Elektrode, die sich beispielsweise an der äußeren Seite der Tür befindet, sollte mit diesem Gehäuse verbunden werden, wie es in 3 durch die mit dem Bezugszeichen 340 versehene Verkabelung verdeutlicht ist. In dieser Variante eines Sensorsystems führt lediglich eine Leitung vom Airbag-Steuergerät 360 zum (kombinierten) Sensor 300, wodurch sich Verkabelungsaufwand im Vergleich zu „Stand-alone”-Systemen einsparen lässt, zugleich jedoch auch eine hohe Sicherheitsfunktion durch die Auswertung der (Teilsensor-)Signale vor Ort und die Übermittlung der entsprechenden Auslösesignale an das Steuergerät 360 möglich ist. Ein Nachteil dabei bleibt die Länge und somit die Kosten der Verkabelung 330. Die Verkabelung 330 überträgt ein analoges Signal von der Elektrode 340 zum kapazitiven Teilsensor 310: dieses muss hochwertig abgeschirmt sein, um keine Störsignale von außen aufzunehmen: dies führt zu hohen Kosten im Vergleich zu einer herkömmlich eingesetzten Verkabelung.
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Jedoch ist eine weitere Verbesserung eines kombinierten Sensors 300 möglich. Eine solche Verbesserung des kombinierten Sensors ist in 4 als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher dargestellt. Hierbei erfolgt der Verbau des Druck- und/oder Beschleunigungssensors in ein Gehäuse des kapazitiven Sensors, was die nachstehend genannten weiteren Vorteile ermöglicht. Zunächst soll jedoch der Aufbau bzw. die Anordnung von Komponenten einer solchen Sensoreinheit näher beschrieben werden.
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4 zeigt eine solche Anordnung von Komponenten eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dabei ist ein kombinierter Sensor 400 (als eine Sensoreinheit) vorgesehen, die durch eine Integration eines Druck- und/oder Beschleunigungssensors 320 in ein Gehäuse eines kapazitiven Sensors 310 integriert ist und dadurch den kombinierten Sensor bzw. eine entsprechende Sensoreinheit 400 bildet. In dem Gehäuse der Sensoreinheit 400 ist dabei günstigerweise eine Elektrode 340 sowie eine (Auswerte-)Elektronik vorgesehen. Die Elektrode 340 kann bzw. sollte dabei zumindest teilweise vom Gehäuse der Sensoreinheit 400 umgeben sein, kann sich jedoch auch aus dem Gehäuse des kombinierten Sensors 400 heraus über eine größere Breite einer Tür des Fahrzeugs 100 erstrecken. Die Sensoreinheit 400 ist über eine Leitung 410 mit einem Steuergerät 360 verbunden, das beispielsweise Steuersignale zur Auslösung der Airbags des Fahrzeugs 100 erzeugt bzw. weiterleitet. Zusätzlich kann ein Beschleunigungssensor 420 in oder unter der B-Säule des Fahrzeugs 100 beibehalten werden, der über eine weitere Leitung 430 mit dem Steuergerät 360 verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen Sensor im Bereich der B-Säule des Fahrzeugs 100 beizubehalten jedoch eine noch präzisere und zugleich kostengünstige Auswertung eines sich nährenden Objektes durch eine direkte Kontaktierung Elektrode 340 im Sensorgehäuse und unter Vermeidung der in 3 dargestellten Leitung 330 zwischen der Elektrode 340 und dem kapazitiven Teilsensor 310 sicherzustellen. Diese Leitung 330 müsste nämlich besonders geschirmt (und damit teuer) sein, um kleinste Spannungsänderungen, die durch Änderungen des elektrischen Feldes resultieren, von der Elektrode 340 zur Auswerteeinheit im kapazitiven Teilsensor 310 zu leiten.
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In 5 eine detailliertere Darstellung der Sensoreinheit 400 wiedergegeben. Die Sensoreinheit 400 umfasst ein Sensorgehäuse 500, dass zumindest teilweise die Elektrode 340 umgibt. Die Elektrode 340 ist mit der Auswerteeinheit 510 elektrisch wirksam verbunden, so dass die Auswerteeinheit 510, die beispielsweise eine Elektronikschaltung sein kann, die Elektrode 340 mit einer Spannung beaufschlagen kann. Ferner kann die Auswerteeinheit 510 mit einem elektrischen leitfähigen Aktivschirm 520 elektrische wirksam verbunden sein der von der Elektrode 340 elektrisch isoliert angeordnet ist. Der Aktivschirm 520 ist zwischen der Elektrode 340 und der Auswerteeinheit 510 bzw. einer als zur Elektrode 340 wirkenden Gegenelektrode (die nachfolgend noch näher erläutert wird) angeordnet. Weiterhin kann die Auswerteeinheit 510 über einen Kontaktanschluss 525 mit einer elektrisch leitfähigen Lage 530 verbunden sein, die beispielsweise das Fahrzeugblech des Fahrzeugs 100 sein kann. In einer solchen Anordnung können beim Anlegen einer Spannung zwischen dem Fahrzeugblech 530, dass eine sehr große Fläche einnimmt und der Elektrode 340 kleinste Änderungen in einem elektrischen Feld 540 erfasst werden, die durch ein sich annäherndes Objekt 550 (beispielsweise ein weiteres Fahrzeug auf Kollisionskurs) verursacht werden. Der zwischen der Elektrode 340 und dem als zweite Elektrode wirken deren Fahrzeugblech 530 angeordnete Aktivschirm 520 ermöglicht eine Verbesserung der Erkennung einer Richtung, aus der sich das ankommende Objekt 550 dem eigenen Fahrzeug 100 (im weiteren auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet) nähert.
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Ferner ist in der Sensoreinheit 400 ein Druck- und/oder Beschleunigungssensor 560 vorgesehen, der zumindest teilweise vom Sensorgehäuse 500 umgeben ist. Auf diese Weise kann durch die Sensoreinheit 400 nicht nur ein (Trigger- oder Plausibilisierungs-)Signal bei einem sich nähernden Objekt 550 ausgegeben werden, sondern auch ein (Plausibilisierungs- bzw. Trigger-)Signal bei Einschlag des Objektes 550 in die Türe des Fahrzeugs 100. Durch den Druck- und/oder Beschleunigungssensor 560 wird beim Einschlag des Objektes 550 eine Druckerhöhung bzw. eine Beschleunigungsänderung im Bereich der Türbreite 570 zwischen einer Innenverkleidung 580 und einer nach außen weisenden Oberfläche des Sensorgehäuses 500 erkannt, hieraus ein Signal gebildet und dieses über eine (in 5 nicht dargestellte) Schnittstelle sowie eine Leitung 410 an einen Steuergerät 360 übertragen. Das Steuergerät 360 kann dann auf der Basis des ersten Erkennungssignals (vom kapazitiven Teilsensor 310 der Sensoreinheit 400) und dem zweiten Erkennungssignal (vom Druck- und/oder Beschleunigungssensor 320 der Sensoreinheit 400) ein Rückhaltemittel wie einen Airbag im Inneren des Fahrzeugs 100 auslösen.
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Somit ist in 5 deutlich zu erkennen wie der PAS- oder PPS-Baustein in den kapazitiven Sensor integriert wird. Der Komplettsensor 400 beinhaltet daher die folgenden Komponenten:
- – die Elektrode 340 (und gegebenenfalls den Aktivschirm 520), die einen kapazitiven Teilsensor 310 bildet;
- – die (Auswerte-)Elektronik 510 des kapazitiven Teilsensors, die z. B. mittels Einpresstechnik mit der Elektrode 340 und dem Aktivschirm 520 verbunden ist; und
- – den PAS/PPS-Baustein, der z. B. direkt an der Leiterplatte der kapazitiven Sensorelektronik 510 fixiert ist.
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Das Verbindungskabel 410, welches in 4, nicht jedoch in 5 gezeigt ist, leitet alle Informationen bzw. Signale an das Airbag-Steuergerät 360 weiter.
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Eine Chronologie einer Seitenkollision sowie der durch die Sensoreinheit bereitgestellten Signale würde – vereinfacht dargestellt – nun wie folgt aussehen:
- 1. Ein Crashobjekt kommt auf das Ego-Fahrzeug seitlich zu;
- 2. Der (vorausschauende) kapazitive (Teil-)Sensor 310 erkennt das Crashobjekt 550 und sendet dem Airbag-Steuergerät 360 ein Crashsignal (erstes Erkennungssignal);
- 3. Es erfolgt eine Kollision zum Zeitpunkt TImpact.
- 4. Es erfolgt ein Kontakt bzw. Kurzschluss zwischen der Elektrode 340 bzw. dem Aktivschirm 520 bzw. der (Gegen-)Elektrode 530, die beispielsweise vom Fahrzeugblech 530 des Fahrzeugs 100 gebildet wird (Dieser Kontakt bzw. dessen Auswertung(-ssignal) kann in einem speziellen Signal optional ebenfalls an das Airbag-Steuergerät 360 gesendet werden).
- 5. Durch den Einschlag beginnt eine Intrusion des Fahrzeugsblechs 530 in eine Türe des Fahrzeugs 100: der PAS oder PPS erkennt die Crashbeschleunigung bzw. der Druckanstieg im Türhohlraum und übermittelt dem Airbag-Steuergerät 360 ein weiteres Crashsignal (zweites Erkennungssignal)
- 6. Abhängig vom ersten und zweiten Erkennungssignal erfolgt eine Auslösung der Rückhaltemittel, da zwei unabhängige Crashsignale vorhanden sind, die durch eine Erfassung einer Änderung der Kapazität mittels des kapazitiven Teilsensors 310 sowie eine Änderung des Drucks oder einer Beschleunigung durch den PAS/PPS 320 bzw. 560 geliefert werden.
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Es kann somit als Zweck der Erfindung angesehen werden, bei der kapazitiven Seitensensorik einen Mehrnutzen zu generieren. Dies wird ermöglicht indem ein Beschleunigungssensor oder ein Drucksensor in einen vorausschauenden kapazitiven Sensor integriert wird. Dadurch ist es möglich einerseits Crashobjekte zur erkennen, bevor sie mit dem Ego-Fahrzeug kollidieren (vorausschauender Sensor) und andererseits die Kollision zu sensieren, beispielsweise durch den Druck- oder Beschleunigungssensor. Ein wesentlicher Aspekt dieser Erfindung kann somit darin gesehen werden, dass einen kombinierten Sensor bereitzustellen, der hier eine Integration einer Druck- oder Beschleunigungssensorik in einen kapazitiven Sensor darstellt.
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Die durch eine derartige Kombination bzw. Integration eines Druck- oder Beschleunigungssensors in einen kapazitiven Sensor lassen sich Vorteile erzielen, die sich wie folgt darstellen lassen:
- – es eröffnet sich eine zusätzliche Sensiermöglichkeit pro Baueinheit, d. h. es wird ein vorausschauender Sensor zusammen mit einem Crashsensor in einem zu verbauenden Gehäuse vorgesehen;
- – es kann durch die Auswertung vor Ort eine schnellere Auslöseentscheidung getroffen werden;
- – es besteht eine geringere Misuse-Anfälligkeit; und
- – es fallen lediglich geringe Zusatzkosten gegenüber einem vorausschauenden ”Stand-alone” kapazitiven Sensor an.
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Gegenüber einer Ausgestaltung gemäß 3 ist die Ausgestaltung der Erfindung gemäß 4 in einigen Aspekten vorteilhaft. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es im erfindungsgemäßen Ansatz vorgesehen, einen PAS oder PPS in den kapazitiven Sensor zu integrieren. Der Seitensensor gemäß einem Ausführungsbeispiel beinhaltet nach der Integration somit insbesondere die folgenden Komponenten:
- – eine Elektrode des kapazitiven Sensors;
- – eine (Auswerte-)Elektronik des kapazitiven Sensors; und
- – den PAS oder PPS
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Für eine derart aufgebaute Sensoreinheit 400 ist also nur eine Verkabelung nötig, wie sie in 4 mit dem Bezugszeichen 410 versehen ist. Der in 4 gezeigte PAS 420 in der B-Säule ist in diesem Fall ein unabhängiger Sensor und kann – je nach Kunden Anforderungen – vorhanden sein oder nicht.
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Der erfindungsgemäße Ansatz bietet insbesondere gegenüber einer Integration des kapazitiven Teilsensors in ein Gehäuse eines Druck- oder Beschleunigungssensors jedoch einige Vorteile, die nachfolgend näher dargestellt werden:
- – Zunächst ist es mit dieser Erfindung möglich, den FMVSS214 – „oblique Pole”-Test zu bestehen, wenn es mit einer „normalen” Konfiguration (nur PAS und/oder PPS) nicht möglich war. In diesem Test – in dem die B-Säule nicht vom Pfahl getroffen wird – liefert ein Vorgehen gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz dem Airbagsteuergerät sowohl das Triggersignal als auch das Plausibilitätssignal.
– Der kapazitive vorausschauende Sensor liefert dabei eines der Signale vor einer Kollision.
– Der integrierte PAS oder PPS das zweite, nur sehr wenige Millisekunden nach der Kollision des Objekt mit dem Fahrzeug zum Zeitpunkt TImpact, da sich der PAS bzw. PPS sich in unmittelbarer Nähe des Einschlagortes befindet und die Signalverarbeitung direkt vor Ort in der Sensoreinheit erfolgt.
- – Im IIHS-Test zeigt der erfindungsgemäße Ansatz ebenfalls Vorteile bei der Auslösezeit. Der Ablauf ist derselbe wie beim FMVSS214-Test: die ankommende Barriere bzw. das Objekt wird als erstes durch den vorausschauenden kapazitiven Sensor, dann durch den PAS/PPS detektiert.
- – Der PAS an der B-Säule dient zur Absicherung bei Seitenkollisionen, vor allem in anderen Crashfällen u. a. auch ”Real-World” Unfälle.
- – In Bezug auf Kosten der Verkabelung beim erfindungsgemäßen Ansatz ist auszuführen, dass es auf den ersten Blick scheint, dass die Verkabelungskosten bei der der Anordnung von Komponenten gemäß 3 geringer sind als im erfindungsgemäßen Ansatz. Dies ist jedoch nicht zutreffend; vielmehr sind die Verkabelungskosten im erfindungsgemäßen Ansatz deutlich niedriger, was sich durch die folgenden Argumente näher begründen lässt:
– Die Anordnung von Komponenten gemäß 3 sieht vor, die Elektrode des kapazitiven Sensors in das PAS-Gehäuse zu integrieren, in dem auch die Elektronik des kapazitiven (Teil-)Sensors integriert ist. Hierzu ist eine Verkabelung zur Elektrode 340 erforderlich, die abgeschirmt sein sollte, denn auf dieser Leitung wird ein kapazitives Signal von der Elektrode zur Elektronik geleitet. Die Abschirmung des Kabels dient dazu, die Störungen des Signals zu minimieren. Durch die Länge des Kabels (meist mehr als 1 m, da es von der Elektrode, über das Türscharnier, entlang des Schwellers, bis zur B-Säule, in der sich das Gehäuse des Sensors befindet) besteht sonst eine erhöhte Gefahr zur Aufnahme von Störsignalen während dieser Kapazitätsmessungen. Durch die Verwendung von besonders geschirmten Kabeln für eine solche Verkabelung bedeutet dies hohe Kosten für eine solche Verkabelung.
– Hinzu kommt noch, dass Verbindungen des abgeschirmten Kabels zur Elektrode und zum PAS-Gehäuse auch vorhanden und mitgerechnet werden müssen.
– Der erfindungsgemäße Ansatz zeigt hier Vorteile: Die Verbindung zwischen Airbag-Steuergerät 360 und der Sensoreinheit 400 mit dem kapazitiven (Teil-)Sensor 310 und dem PAS/PPS 320 bildet eine einfache Verbindung, wie die eines x-y-PAS, d. h. es gibt viel weniger technische Anforderungen, denn die ”Intelligenz” (d. h. die Auswertungsmöglichkeit der Sensorsignale) befindet sich direkt an der Sensoreinheit. Es braucht somit lediglich ein digitales Signal (bzw. zwei codierte digitale Signale zur Übertragung der einzelnen Sensorergebnisse) über eine kostengünstige evtl. ungeschirmte Leitung 410 an das Airbagsteuergerät 360 weitergeleitet werden. Zudem trägt der OEM (OEM = original equipement manufacturer = Origanalteilehersteller) die Kosten für diese Verbindung (wie auch beim PAS).
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Bezüglich eines Einbaus der Sensoreinheit sollten einige Aspekte beachten werden. Die Sensoreinheit 400 kann je nach Kundenanforderung innerhalb oder außerhalb der Tür eingebaut werden. Bei einem Einbau innerhalb von Türen ohne Zierleiste sollte der Sensor mehr oder weniger unsichtbar eingebaut werden (insbesondere da das Design zunehmend wichtig ist). Mit kleinen Modifikationen an der Tür kann solch eine Sensoreinheit 400 auch komplett in der Türe verbaut werden. Wenn die Sensoreinheit außerhalb von Türen mit Zierleiste eingebaut ist, kann z. B. die Zierleiste selbst als Elektrode genutzt werden. Es sollte gegebenenfalls dafür gesorgt werden, dass das Sensorteil, das nach innen ragt (d. h. der Crashsensor) gut abgedichtet wird.
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Ferner ist in 6 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Herstellungsverfahren 600 zur Herstellung einer Sensoreinheit zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug wiedergegeben. Das Herstellungsverfahren 600 umfasst einen ersten Schritt des Bereitstellens 610 eines Sensorgehäuses mit einer Elektrode, die von dem Sensorgehäuse zumindest teilweise umgeben ist. Ferner umfasst das Herstellungsverfahren 600 einen weiteren Schritt eines elektrisch leitfähigen Verbindens 620 der Elektrode mit einer elektronischen Auswerteeinheit, die von dem Sensorgehäuse zumindest teilweise umgeben wird und die ausgebildet ist, um bei einer angelegten Spannung an der Elektrode eine Annäherung des Objektes kapazitiv zu erkennen und hierauf ansprechend ein erstes Erkennungssignal bereitzustellen. Schließlich umfasst das Herstellungsverfahren 600 einen weiteren Schritt des Fixierens 630 eines Druck- und/oder Beschleunigungssensors in dem Sensorgehäuse oder an der Auswerteeinheit, wobei der Druck- und/oder Beschleunigungssensor zumindest teilweise durch das Sensorgehäuse umgeben wird und wobei der Druck- und/oder Beschleunigungssensor ferner ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Druckänderung und/oder eine Beschleunigungsänderung im Sensorgehäuse bei einer Kollision des Objekts mit dem Fahrzeug ein zweites Erkennungssignals bereitzustellen. Der Schritt des Fixierens 630 kann dabei vor oder nach dem Schritt des elektrisch leitfähigen Verbindens 620 erfolgen, beispielsweise wenn der Druck- und/oder Beschleunigungssensor an einer Leiterplatine der Auswerteeinheit angebracht werden soll. Die Reihenfolge der Ausführung der Schritte des Herstellungsverfahrens ist somit nicht maßgeblich, um die Sensoreinheit bereitstellen zu können.
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Außerdem ist in 7 ein Ablaufdiagramm eines Bereitstellungsverfahrens 700 zum Bereitstellen von zwei Erkennungssignalen bei einer Kollision eines Objektes mit einem Fahrzeug durch eine Sensoreinheit wiedergegeben. Das Bereitstellungsverfahren umfasst einen ersten Schritt des Beaufschlagens 710 einer Elektrode einer Sensoreinheit und einer leitfähigen Lage und/oder einem Fahrzeugblech mit einer Spannung. Nachfolgend erfolgt in einem zweiten Schritt des Bereitstellungsverfahrens ein Erfassen 720 einer Spannungsänderung und/oder Kapazitätsänderung zwischen der Elektrode und der elektrisch leitfähigen Lage und/oder dem Fahrzeugblech in einer Auswerteeinheit der Sensoreinheit, wobei ansprechend auf eine erfasste Spannungs- und/oder Kapazitätsänderung ein erstes Erkennungssignal bereitgestellt wird. Bewegt sich das Objekt weiter auf das Fahrzeug zu und erfolgt eine Kollision des Objektes mit dem Fahrzeug, kann in einem weiteren Schritt des Bereitstellungsverfahrens ein Erkennen 730 einer Druck- und/oder Beschleunigungsänderung durch einen Druck- oder Beschleunigungssensor der Sensoreinheit erfolgen, wobei ansprechend auf die erkannte Druck- und/oder Beschleunigungsänderung ein zweites Erkennungssignal bereitgestellt wird.
