DE102013100624A1 - Impact sensor with triboelectric effect for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Leiter beschrieben, bei welchem eine elektrische Eigenschaft des Leiters bei einem Aufprall beeinflusst wird und aus dieser Beeinflussung das Vorliegen eines Aufpralls erkannt wird. Dazu ist der elektrische Leiter (1) aus einem ersten, elektrisch leitfähigen Material und in Berührung mit einem zweiten Material (2) angeordnet, derart dass bei einem Aufprall aus einer vorgegebenen Richtung der Leiter (1) und/oder das zweite Material (2) relativ zueinander unter Erzeugung von Reibung zwischen dem ersten und zweiten Material beweglich sind und die durch diese Reibung zwischen erstem und zweitem Material im elektrischen Leiter (1) gemäß dem triboelektrischen Effekt entstehende, elektrische Spannung erfasst wird.An impact sensor for a motor vehicle with at least one electrical conductor is described, in which an electrical property of the conductor is influenced in the event of an impact and the presence of an impact is recognized from this influence. For this purpose, the electrical conductor (1) is made of a first, electrically conductive material and is arranged in contact with a second material (2), so that in the event of an impact from a predetermined direction, the conductor (1) and / or the second material (2) are movable relative to one another with the generation of friction between the first and second material and the electrical voltage resulting from this friction between the first and second material in the electrical conductor (1) according to the triboelectric effect is detected.
Description
Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to an impact sensor for a motor vehicle according to the preamble of
Ein solcher Aufprallsensor ist beispielsweise aus der
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Konzept für einen Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug vorzustellen. The object of the present invention is to present an alternative concept for a crash sensor for a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind. This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, and combinations and developments of individual features are conceivable with each other.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der an sich bekannte triboelektrische Effekt (vgl. Wikipedia zu Reibungselektrizität), also die Reibungselektrizität zwischen Materialien mit unterschiedlicher Elektronenaffinität ausgenutzt werden kann, um Relativbewegungen, also auch einen Aufprall zu erkennen. An essential idea of the invention is that the triboelectric effect known per se (cf., Wikipedia for frictional electricity), ie the frictional electricity between materials with different electron affinity, can be utilized to detect relative movements, that is to say an impact.
Während bei der Einbruchsüberwachung eine sehr hohe Sensibilität für kleinste Erschütterungen erforderlich ist, kann für die Verwendung als Aufprallsensor ein deutlich einfacherer Aufbau gewählt werden. While intrusion monitoring requires a very high level of sensitivity for the smallest vibrations, a much simpler design can be selected for use as an impact sensor.
So reicht es, wenn der elektrische Leiter aus einem ersten, elektrisch leitfähigen Material ist und innerhalb eines zweiten Materials angeordnet ist, wobei bei einem Aufprall aus einer vorgegebenen Richtung der Leiter und/oder das zweite Material relativ zueinander unter Erzeugung von Reibung zwischen dem ersten und zweiten Material beweglich sind und die durch diese Reibung zwischen erstem und zweitem Material im elektrischen Leiter entstehende, elektrische Spannung erfasst wird. It is sufficient if the electrical conductor is made of a first, electrically conductive material and disposed within a second material, wherein upon impact from a predetermined direction of the conductor and / or the second material relative to each other to generate friction between the first and second material are movable and the resulting from this friction between the first and second material in the electrical conductor, electrical voltage is detected.
Eine solche Relativbewegung beim Aufprall kann bereits dadurch ermöglicht werden, dass die Querschnitte und zumindest das 2. Material teilelastisch ist, wie dies beispielsweise bereits bei herkömmlichen Koaxialkabeln der Fall ist. Vorzugsweise weist das zweite Material gegenüber dem ersten Material zumindest einen vorgegebenen Abstand in der triboelektrischen Reihe bzw. einen vorgegebenen Abstand in der Elektronenaffinität auf, wobei als Maßstab für geeignete Materialien bei gegebener Kabelform ein hinreichendes Signal-Rauschverhältnis als Reaktion auf eine vorgegebene Stärke des Aufpralls hinreichend ist und zudem durch die Form des Kabels, insbesondere die Größe der Reibefläche zwischen 1. und 2. Material maßgeblich ebenfalls beeinflusst werden kann. In einer besonders bevorzugten, da besonders einfachen Ausgestaltung ist der Aufprallsensor als ein Rundkabel aufgebaut ist, wobei der elektrische Leiter im Inneren des zweiten Materials angeordnet ist. So wurden 1. Versuche mit herkömmlichen Rundfunktechnik-Antennen-Koaxialkabeln durchgeführt und wiesen diese bereits bei einem Aufprall, beispielsweise einem Hammerschlagtest deutlich messbare Spannungsimpulse auf. Such a relative movement on impact can already be made possible by the fact that the cross sections and at least the second material is partially elastic, as is already the case, for example, with conventional coaxial cables. Preferably, the second material has at least a predetermined distance in the triboelectric series or a predetermined distance in the electron affinity with respect to the first material, a sufficient signal-to-noise ratio sufficient in response to a predetermined strength of the impact as a standard for suitable materials for a given cable shape is and also by the shape of the cable, in particular the size of the friction surface between 1 and 2 material can also be significantly influenced. In a particularly preferred, as particularly simple embodiment of the impact sensor is constructed as a round cable, wherein the electrical conductor is arranged in the interior of the second material. Thus, experiments were carried out with conventional 1-antenna coaxial coaxial cable and had this already in an impact, such as a hammer test clearly measurable voltage pulses.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Aufprallsensor als ein Flachleiter ausgebildet, wobei der elektrische Leiter zumindest eine Reibefläche zum zweiten Material aufweist. Eine solche Flachleiteranordnung ermöglicht ebenfalls eine sehr einfache Fertigung und zudem eine große Reibefläche zwischen dem 1. und 2. Material. In a further embodiment, the impact sensor is designed as a flat conductor, wherein the electrical conductor has at least one friction surface to the second material. Such a flat conductor arrangement also allows a very simple production and also a large rubbing surface between the 1st and 2nd material.
Vorzugsweise weist der Aufprallsensor eine äußere elektrisch leitende Abschirmhülle auf, welche elektrisch auf Massepotential geschaltet ist. Preferably, the impact sensor has an outer electrically conductive shielding shell, which is electrically connected to ground potential.
Zur Prüfung auf Intaktheit der Leitung kann der elektrische Leiter mit einem Prüfstrom beaufschlagt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass der dafür erforderliche Prüfstrom extrem gering sein kann, so dass evtl. sogar eine permanente Prüfung zeitgleich zur Aufprallerkennung möglich ist, vorzugsweise jedoch eine solche Prüfung beispielsweise bei stehendem Fahrzeug und Inbetriebnahme des Sensors erfolgt, alternativ auch zyklisch solche Prüfphasen vorzusehen sind. To test for integrity of the line, the electrical conductor can be subjected to a test current. It should be noted, however, that the required test current can be extremely low, so that possibly even a permanent test at the same time for impact detection is possible, but preferably such a test, for example when the vehicle is stationary and commissioning of the sensor, alternatively cyclically such test phases to be provided.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. The invention will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments with the aid of the figures. In the following, functionally identical and / or identical elements may be designated by the same reference numerals.
So wird mit Bezugszeichen
Der elektrische Leiter (
Das zweite Material weist vorzugsweise gegenüber dem ersten Material zumindest einen vorgegebenen Abstand in der triboelektrischen Reihe bzw. einen vorgegebenen Abstand in der Elektronenaffinität auf. Da jedoch durch die räumliche Geometrie des Aufprallsensors ebenfalls die Stärke des Spannungsimpulses beeinflussbar ist, können je nach räumlichen und Materialgegebenheiten anwendungsspezifische Anpassungen vorgenommen werden, um zu einem hinreichenden Signal-Rausch-Abstand zu gelangen. Wie in
Alternativ dazu zeigt
Zur Vermeidung von Einkopplungen durch elektromagnetische Felder weist der Aufprallsensor vorzugsweise eine äußere elektrisch leitende Abschirmhülle (
Sensoren für sicherheitsrelevante Systeme weisen vorzugsweise eine Redundanz dahingehend auf, dass ein Sensor durch einen weiteren plausibilisiert wird. Dies kann man gemäß der
Die Stromquelle kann auch permanent eingeschaltet bzw. nicht schaltbar ausgestaltet sein. Der Widerstand sollte einen Wert aufweisen, bei dem der Prüfstrom eine auswertbare Spannung ergibt. Für die triboelektrische Signalerzeugung ist es am besten, wenn das Leiterende kurzgeschlossen ist. Wenn die Prüfung permanent durchgeführt wird, ergibt sich der Widerstandswert als ein Kompromiss zwischen diesen beiden Forderungen. Man könnte die Prüfung auch nur bei Zündung „Ein“ machen (wie z.B. viele Funktionen einer ECU in einem Airbagsystem). Dann würde man bei Zündung „Ein“ einen (Mess)Widerstand an das Leiterende schalten und nach der Prüfung das Leiterende kurzschließen. The current source can also be permanently switched on or configured non-switchable. The resistance should have a value at which the test current gives an evaluable voltage. For triboelectric signal generation, it is best if the conductor end is shorted. If the test is performed permanently, the resistance value is a compromise between these two requirements. One could make the test "on" even at ignition (such as many functions of an ECU in an airbag system). Then with ignition "On" one would switch a (measuring) resistance to the conductor end and after the test short-circuit the conductor end.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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