DE102013211741A1

DE102013211741A1 - Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem deformierbaren Schlauch sowie geeignetes Verfahren zur Auswertung

Info

Publication number: DE102013211741A1
Application number: DE102013211741.8A
Authority: DE
Inventors: Valentin Bivolaru; Gabriel Goron
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Es wird ein Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem deformierbaren Schlauch (1) beschrieben, an dessen Enden jeweils ein Drucksensor (S1, S2) zur Erfassung von Druckänderungen vorgesehen ist, wobei der Schlauch (1) zumindest in einem Abschnitt (10) Luft enthält. Der Schlauch weist einen weiteren Abschnitt (12) auf, welcher nach Montage des Schlauchs im Fahrzeug in Bezug auf die Fahrbahnebene (X-Y) tiefer (Z12 < Z10) liegt als zumindest die benachbarten Abschnitte (10) des restlichen Schlauchs und dieser tiefer liegende Abschnitt (12) mit zumindest einer solchen Menge einer Flüssigkeit (2) gefüllt ist, dass der unterste Querschnitt (Q12) des Schlauchs in diesem Abschnitt (12) mit dieser Flüssigkeit (2) vollständig gefüllt ist. Die Flüssigkeit (2) gibt dabei im Falle eines Aufpralls den Druckimpuls von der betroffenen Seite des Schlauches durch Verschiebung der Position der Flüssigkeit an die andere Seite weiter und damit einen Druckanstieg an beiden Drucksensoren. Während des normalen Fahrbetriebs jedoch auftretende Kräfte auf die Flüssigkeit erzeugen zeitlich korrelierende, jeweils inverse Druckänderungen an beiden Drucksensoren (S1, S2) und können daher als Funktionstest als auch zur Ermittlung und Plausibilisierung des Rolllenkwinkels oder der Rolldrehrate verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem deformierbaren Schlauch gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein geeignetes Verfahren zur Auswertung der Signale eines solchen Aufprallsensors.
An den beiden Enden des Schlauchs ist jeweils ein Drucksensor zur Erfassung von Druckänderungen vorgesehen. Üblicherweise ist der Schlauch einheitlich komplett mit einem Fluid, beispielsweise Luft oder einer Flüssigkeit gefüllt. Ein solcher Schlauch wird üblicherweise im Frontbereich des Fahrzeugs in Querrichtung zur Fahrtrichtung vor, hinter oder im Dämmstoff des Stoßfängers liegend verbaut.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Aufprallsensor sowie ein geeignetes Verfahren zur Auswertung der Signale eines solchen Aufprallsensors vorzustellen.
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.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Schlauch zwar grundsätzlich in zumindest einem Abschnitt mit Luft gefüllt ist, jedoch der Schlauch einen weiteren Abschnitt aufweist, in welchem eine Flüssigkeit angeordnet ist. Dieser weiterer Abschnitt liegt nach Montage des Schlauchs im Fahrzeug in Bezug auf die Fahrbahnebene tiefer als zumindest die benachbarten Abschnitte des restlichen Schlauchs, so dass darin befindliche Flüssigkeit in diesem Abschnitt positioniert ist.
Dieser tiefer liegende Abschnitt ist mit zumindest einer solchen Menge einer Flüssigkeit gefüllt, dass zumindest der unterste Querschnitt des Schlauchs in diesem Abschnitt, also im Tiefpunkt des Schlauchs, mit dieser Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.
Dadurch wird ein unmittelbarer Luftaustausch zwischen den benachbarten Abschnitten verhindert und wirkt sich ein Druckimpuls auf eine Seite des Schlauches durch Verschiebung der Flüssigkeit innerhalb des tiefer liegenden Abschnitts aus -leitet diesen also an den gegenüberliegenden Abschnitt des Schlauches weiter.
Auf die Flüssigkeit im tieferliegenden Abschnitt wirken jedoch neben der Schwerkraft im Fahrbetrieb auch die Fliehkräfte bei Kurvenfahrten oder Drehimpulse insbesondere um die Rollachse, was jeweils zu einer Verschiebung der Lage der Flüssigkeit führt.
Gleiches gilt natürlich auch bei einer Schrägstellung des Fahrzeugs um die Rollachse.
Durch die Verschiebung der Lage der Flüssigkeit erzeugt diese jedoch damit immer auch eine Druckänderung in den benachbarten Schlauchabschnitten, dadurch die vollständige Befüllung mit Flüssigkeit im tieferliegenden Abschnitt ein Druckausgleich nicht möglich ist.
Sinnbildlich ist die Funktionsweise der Flüssigkeit vergleichbar mit der der Luftblase in einer Wasserwaage, jedoch mit umgekehrter Position von Luft und Flüssigkeit, also hier einer Flüssigkeitsblase, welche im Schlauch umgeben ist von Abschnitten, die mit Luft gefüllt sind und einer Wasserwaage üblicherweise ausschließlich den absoluten Neigungswinkel erfasst und nicht gleichzeitig noch als Aufprallsensor dient und dynamische Fliehkräfte oder Drehimpulse erfasst.
Vorzugsweise ist der tiefer liegende Abschnitt in der Mitte des Abstands zwischen den beiden Drucksensoren angeordnet, kann der beispielsweise Schlauch in einem Abschnitt als eine Schleife gelegt sein, wobei die Schleife so gerichtet ist, dass ein in Bezug auf die Fahrbahnebene ein tiefer liegender Abschnitt entsteht. Dieser tiefer liegende Abschnitt kann dabei durchaus in Fahrtrichtung zurückversetzt zu den benachbarten Abschnitten sein, also bei einem Aufprall nicht in direktem Kontakt treten.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Flüssigkeit frostsicher und weist die Flüssigkeit eine Viskosität in einem vorgegebenen Wertebereich auf, in diesem Wertebereich einerseits eine Weiterleitung der Druckimpulse noch sichergestellt ist, andererseits aber ein Weg spritzen oder Wegschleudern der Flüssigkeit aus dem tieferliegenden Abschnitt verhindert wird.
Die konkreten Werte der Viskosität hängen natürlich auch vom verwendeten Material, Verlegung im Fahrzeug und Durchmesser des Schlauchs, der Menge an Flüssigkeit und geforderten Reaktionsgeschwindigkeit sowie natürlich den geforderten Temperaturbereich für den Betrieb im Kraftfahrzeug, also üblicherweise von mindestens –40 °C bis 90 °C ab, so dass reines Wasser schon aufgrund der Gefahr des Einfrierens ausscheidet, da über den geforderten Temperaturbereich der flüssige Aggregatzustand der Flüssigkeit sinnvollerweise erhalten bleibt.
Grundsätzlich funktioniert die Funktionsweise des Aufprallsensors im Falle eines Aufpralls zunächst wie in herkömmlicher Weise durch Druckanstieg an beiden Drucksensoren an beiden Enden des Schlauches. Die Flüssigkeit spielt hier für keine besondere Rolle und gibt den Druck von einem benachbarten und mit Luft gefüllten Abschnitt an die jeweils andere Seite weiter. Hervorzuheben ist jedoch die Weiterbildung, bei der während des normalen Fahrtbetriebs auftretende Schwingungen der Flüssigkeit anhand von zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren erfasst und daraus die Intaktheit des Schlauchs und der Drucksensoren erkannt wird. Diese Schwingungen können also beispielsweise durch Fliehkräfte während einer Kurvenfahrt auftreten oder bei Drehimpulsen um die Rollachse des Fahrzeugs. Dadurch wird ein zyklischer Funktionstest währendes Fahrbetriebs möglich.
Wenn die zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren eine vorgegebene Schwelle überschreiten, wird dies vorzugsweise als ein drohender oder erfolgender Überschlag des Fahrzeugs bewertet und kann dies zur Erzeugung eines Plausibilisierungssignals für ein Drehratensignal zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags verwendet werden. Zudem ist eine Ableitung des absoluten Rollwinkels denkbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
1 zeigt in der Schnittebene Y-Z senkrecht zur Fahrtrichtung X des Fahrzeugs den Aufprallsensor mit dem Schlauch 1 und den an seinen Enden angeordneten Drucksensoren S1 und S2, wobei der Schlauch 1 in Querrichtung Y in der Front des Fahrzeugs in der Stoßstange angeordnet ist.
Der Schlauch (1) weist 2 Abschnitte (10) auf welche zumindest in Querrichtung Y im Wesentlichen die gesamte Fahrzeugfront abdecken, in einer Höhe Z10 indem in 1 gezeigten Koordinatensystem liegen und Luft enthalten. In der Mitte des Abstands in Querrichtung Y zwischen den beiden Sensoren und damit auch zwischen diesen beiden Abschnitten 10 weist der Schlauch einen weiteren Abschnitt (12) auf, welcher nach Montage des Schlauchs im Fahrzeug in Bezug auf die Fahrbahnebene (X-Y) tiefer (Z12 < Z10) liegt als zumindest die benachbarten Abschnitte (10) des restlichen Schlauchs.
Dieser tiefer liegende Abschnitt (12) ist mit zumindest einer solchen Menge einer Flüssigkeit (2) gefüllt, dass zumindest der unterste Querschnitt (Q12) des Schlauchs in diesem Abschnitt (12) mit dieser Flüssigkeit (2) vollständig gefüllt ist (vgl. hierzu auch Schnittdarstellung durch diesen Querschnitt Q12 in 2). Vorzugsweise ist die Menge an Flüssigkeit 2 jedoch noch größer und füllt dem tieferliegenden Abschnitt 12 bis zu einer Höhe Z2, wie in 1 angedeutet (also Z21 – Z2 > Q12).
In 1 ist Schlauch im Abschnitt (12) als eine Schleife gelegt, wobei die Schleife so gerichtet ist, dass ein in Bezug auf die Fahrbahnebene (X-Y) ein tiefer liegender Abschnitt (Z12 < Z10) entsteht. Selbst verständlich können die Form dieses tieferliegenden Abschnitts 12 auch an die Bedürfnisse des jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden, insbesondere dieser tiefer liegende Abschnitt 12 bezogen auf die Fahrtrichtung X zurückversetzt hinter den Abschnitten 10 des Schlauchs liegen oder der Schlauch mehrstückig ausgebildet sein und rechtwinklige Abzweigungen und eine definierte, größere Breite des untersten Querschnitts aufweisen.
Im Ruhezustand entspricht der Druck im gesamten Schlauch dem Umgebungsdruck und ist die Flüssigkeit 2 innerhalb des tiefer liegenden Abschnitts 12 ausgeglichen jeweils auf dem Pegel Z2.
Grundsätzlich funktioniert die Funktionsweise des Aufprallsensors im Falle eines Aufpralls zunächst wie in herkömmlicher Weise durch Druckanstieg an beiden Drucksensoren S1, S2 an beiden Enden des Schlauches. Die Flüssigkeit spielt hier für keine besondere Rolle und gibt den Druck durch Verschiebung der Position der Flüssigkeit an von einem benachbarten und mit Luft gefüllten Abschnitt an die jeweils andere Seite weiter. Wird das Fahrzeug frontal getroffen und steigen in beiden Abschnitten 10 jeweils der Druck an, so gleicht sich ebenfalls insgesamt der Gesamtdruck innerhalb des Schlauches an. Sollte dabei der Aufprall auf den einen Abschnitt 10 so stark sein, dass die Flüssigkeit 2 aus dem tieferliegenden Abschnitt 12 in den entgegengesetzten Abschnitt 10 hinaus gedrückt wird, so ist der Aufprall so stark, dass Im Folgenden die Funktionstüchtigkeit des Aufprallsensors oder gar des ganzen Fahrzeugs die infrage gestellt ist und somit dies hinnehmbar ist und ein Austausch des Aufprallsensors zu erwägen ist.
Hervorzuheben ist jedoch die Weiterbildung in der Funktionsweise, bei der nämlich während des normalen Fahrtbetriebs auftretende Schwingungen der Flüssigkeit anhand von zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren erfasst und daraus die Intaktheit des Schlauchs und der Drucksensoren erkannt wird. Diese Schwingungen können also beispielsweise durch Fliehkräfte während einer Kurvenfahrt auftreten oder bei Drehimpulsen um die Rollachse des Fahrzeugs. Dadurch wird ein zyklischer Funktionstest während des Fahrbetriebs möglich.
Betrachtet man nämlich beispielsweise eine Kurvenfahrt in einer Rechtskurve mit entsprechender Fliehkraft F, so kommt es zu einer Verlagerung der Flüssigkeit 2 innerhalb des tiefer liegenden Abschnitts 12, wie in 3 skizziert. Die Flüssigkeit 2 befindet sich somit nicht mehr auf beiden Seiten des tieferliegenden Abschnitts 12 im Gleichgewicht auf der Höhe Z2, sondern verlagert sich entsprechend der Fliehkraft F. Dadurch erhöht sich indem hier in 2 rechten Abschnitt 10 und damit am rechten Sensor S2 der Druck, während im linken Abschnitt 10 und damit am Sensor S1 zeitlich korreliert und betragsmäßig annähernd gleich jedoch der Druck abfällt, also eine inversen Druckänderungen an den beiden Sensoren S1 und S2 zu erfassen ist. Aus der Stärke und im Zeitverlauf und der Dauer dieser Druckänderungen kann die jeweilige Fahrsituation abgeleitet und von einem Aufprall unterschieden werden.
Bleibt dieser inversen Druckunterschied zwischen den beiden Abschnitten bzw. Sensoren S1 und S2 länger als eine vorgegebene Zeitspanne, so ist daraus auf eine absolute Neigung des Fahrzeugs um die Rollachse zu schließen, wie dies in 4 skizzenhaft angedeutet wird.
Wenn die zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren (S1, S2) jedoch eine vorgegebene Schwelle überschreiten, wird dies als ein drohender oder erfolgender Überschlag des Fahrzeugs bewertet und kann dies zur Erzeugung eines Plausibilisierungssignals für ein Drehratensignal zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags verwendet werden.
Die Flüssigkeit (2) ist dabei frostsicher bis zumindest –40˚ Celsius. Erste Versuche zeigten eine hohe mögliche Bandbreite & Flexibilität hinsichtlich der Viskosität, wobei bei einem Temperaturbereich zwischen –40˚ Celsius und +85˚ Celsius die Viskosität der meisten Flüssigkeiten natürlich ebenfalls stark variiert. Als geeignete Werte für eine 20 Grad Normtemperatur seien etwa 0,1 cP und 100 cP (Centipoise) = mPa·s genannt, hängen aber wieder stark vom Durchmesser des Schlauchs und Anwendungssituation ab.

Claims

Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem deformierbaren Schlauch (1), an dessen Enden jeweils ein Drucksensor (S1, S2) zur Erfassung von Druckänderungen vorgesehen ist, wobei der Schlauch (1) zumindest in einem Abschnitt (10) Luft enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch einen weiteren Abschnitt (12) aufweist, welcher nach Montage des Schlauchs im Fahrzeug in Bezug auf die Fahrbahnebene (X-Y) tiefer (Z12 < Z10) liegt als zumindest die benachbarten Abschnitte (10) des restlichen Schlauchs und dieser tiefer liegende Abschnitt (12) mit zumindest einer solchen Menge einer Flüssigkeit (2) gefüllt ist, dass zumindest der unterste Querschnitt (Q12) des Schlauchs in diesem Abschnitt (12) mit dieser Flüssigkeit (2) vollständig gefüllt ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der tiefer liegende Abschnitt (12) in der Mitte des Abstands zwischen den beiden Drucksensoren (S1, S2) angeordnet ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schlauch in einem Abschnitt (12) als eine Schleife gelegt ist, wobei die Schleife so gerichtet ist, dass ein in Bezug auf die Fahrbahnebene (X-Y) ein tiefer liegender Abschnitt (Z12 < Z10) entsteht.
Aufprallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) frostsicher bis zumindest –40˚ Celsius ist.
Aufprallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) Viskosität in einem vorgegebenen Wertebereich aufweist, vorzugsweise zwischen 0,1 cP und 100 cP in einem zur Temperaturbereich zwischen –40˚ Celsius und +85˚ Celsius.
Verfahren zur Auswertung der Signale der beiden Drucksensoren (S1, S2) des Aufprallsensors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des normalen Fahrtbetriebs auftretende Schwingungen der Flüssigkeit anhand von zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren (S1, S2) erfasst und daraus die Intaktheit des Schlauchs (1) und der Drucksensoren (S1, S2) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zeitlich korrelierenden, jeweils inversen Druckänderungen an beiden Drucksensoren (S1, S2) eine vorgegebene Schwelle überschreiten, dies als ein drohender oder erfolgender Überschlag des Fahrzeugs bewertet wird.
Verwendung eines Aufprallsensors nach einem der Ansprüche zur Erzeugung eines Plausibilisierungssignals für ein Drehratensignal zur Erkennung eines Fahrzeugüberschlags.