DE102015200656A1

DE102015200656A1 - Verfahren zur Aufprallerkennung mittels eines druckelastisch deformierbaren Hohlkörpers

Info

Publication number: DE102015200656A1
Application number: DE102015200656.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Tyroller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: DE102015200656B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Aufprallerkennung mittels eines druckelastisch deformierbaren Hohlkörpers (1) sowie zumindest einem Drucksensor (P1, P2) zur Erzeugung eines Signals der Druckänderung im Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des zumindest einen Drucksensors (P1) unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Drucksensor und einer Reflexionsstelle, insbesondere einem Ende des Hohlkörpers, ein Korrektursignalanteil bestimmt und das Signal dieses Drucksensors (P1) und/oder eines weiteren Drucksensors (P2) um den jeweiligen Korrektursignalanteil korrigiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufprallerkennung mittels eines druckelastisch deformierbaren Hohlkörpers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Aufprallsensorsystem.
Ein gattungsbildender Aufprallsensor ist beispielsweise aus der DE 10 2011 108 627 oder EP 937612 A2 bekannt. Derartige Aufprallsensoren dienen in Kraftfahrzeugen der Erkennung von Aufprallsituationen, insbesondere auch der Unterscheidung eines Aufpralls eines Fußgängers von anderen Aufprallereignissen. Aus der WO2012/113362 sind Details der Ausgestaltung eines speziellen elastisch deformierbaren Schlauchs für einen solchen Aufprallsensor zu entnehmen. Dabei werden aus dem Signal des Drucksensors über einen Zeitbereich eine Vielzahl von Parametern, beispielsweise die absolute Druckänderung, die Geschwindigkeit der Druckänderung sowie weitere Größen abgeleitet.
Die verwendeten Hohlkörper, also beispielsweise ein Silikonschlauch, werden im Außenbereich des Fahrzeugs in der Regel quer zur Fahrtrichtung verlegt und weisen damit eine in etwa der Breite eines Fahrzeugs entsprechende Gesamtlänge auf. Für die Aufprallerkennung sind zumindest ein, vorzugsweise jedoch üblicherweise 2 Drucksensoren bekannt, welche entweder unmittelbar am Ende des Schlauchs oder durchaus auch zwar untereinander beabstandet, aber mit einem gewissen Abstand von jeweiligen Ende des Hohlkörpers angeordnet sind.
Das Drucksignal breitet sich im Hohlkörper mit Schallgeschwindigkeit aus, wird jedoch von den Wänden des Hohlkörpers reflektiert. Bei der Reflexion des Signals kommt es zu einer Dämpfung, welche in der Regel auch über die Frequenzen nicht einheitlich stark ist. Da das Signal des Drucksensors aber über einen gewissen Zeitbereich hinweg bewertet wird, können durch die Reflexionen nicht unerhebliche Verfälschungen des Signals eintreten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, geeignetes Verfahren anzugeben, welches ein verbessertes Signal zur Aufprallerkennung bereitstellt.
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 aus dem Signal des zumindest einen Drucksensors unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Drucksensor und zumindest einer Reflexionsstelle, insbesondere einem Ende des Hohlkörpers, ein Korrektursignalanteil bestimmt und das Signal dieses Drucksensors und/oder eines weiteren Drucksensors um diesen Korrektursignalanteil korrigiert wird. Auch die Drucksensoren selbst und ihre Anschlussbereiche bilden nicht immer vernachlässigbare Reflexionsstellen.
Dabei haben selbst bei am jeweiligen Ende eines Hohlkörpers angeordneten Drucksensoren nicht nur Reflexionen des gegenüberliegenden Endes des Hohlkörpers Einfluss auf das Signal, sondern auch Reflexionen in unmittelbarer Umgebung des Drucksensors. Diese weisen zwar kaum eine Zeitverzögerung gegenüber dem ursprünglichen Signal, jedoch bereits durchaus veränderte Spektralanteile auf, welche das am Drucksensor tatsächlich messbare Signal somit ebenfalls beeinflussen.
Aus dem Signal des zumindest einen Drucksensors wird daher unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Drucksensor und einer Reflexionsstelle, insbesondere einem Ende des Hohlkörpers, ein Korrektursignalanteil bestimmt und das Signal dieses Drucksensors und/oder eines weiteren Drucksensors um diesen Korrektursignalanteil korrigiert. Schon aufgrund der Berücksichtigung des Abstandes ist natürlich das Korrektursignal für den gleichen Sensor mit anderen Parametern zu bilden wie bei Berücksichtigung an einem weiteren, weiter beabstandeten Sensor.
Sind am Hohlkörpers zumindest zwei voneinander beabstandete Drucksensoren zur Erzeugung jeweils eines Signals der Druckänderung im Hohlkörper vorgesehen, so wird vorzugsweise aus dem Signal eines der Drucksensoren ein Korrektursignalanteil für den beabstandeten, also beispielsweise gegenüberliegenden Drucksensor bestimmt und das Signal dieses anderen Drucksensors um diesen Korrektursignalanteil korrigiert.
Es ist aber eben auch denkbar, das Signal eines Drucksensors um Reflexionseinflüsse im Nahbereich dieses Drucksensors zu bereinigen, ohne dass dafür zwingend ein 2. Drucksensor erforderlich wäre. Allerdings ist die Ermittlung der Korrekturparameter primär durch empirische Tests möglich und kann nicht auf das Signal des gegenüberliegenden Sensors zurückgegriffen werden.
Auch die Kombination beider Varianten, also die Korrektur des Signals des eigenen Drucksensors als auch des weiteren Drucksensors ist denkbar.
Der Korrektursignalanteil wird aus dem Signal des entsprechenden Drucksensors vorzugsweise bestimmt, indem eine Verzögerungszeit und/oder eine Dämpfung berücksichtigt werden, wobei bei der Dämpfung diese über das Frequenzspektrum nicht unbedingt gleich, sondern eben an das Dämpfungsverhalten der Reflexion angepasst ist, beispielsweise ein frequenzselektiver Dämpfungsfilter verwendet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Skizze eines 1. Ausführungsbeispiels eines Aufprallsensors
2 Skizze eines 2. Ausführungsbeispiels eines Aufprallsensors
3 Blockskizze einer Signalvorverarbeitung gemäß einem Ausführungsbeispiel
4 Blockskizze eines weiteren Ausführungsbeispiel einer Signalvorverarbeitung
5 Blockskizze eines weiteren Ausführungsbeispiel
Die Figur ein skizziert ein 1. Ausführungsbeispiel, bei welchem an einem Hohlkörper 1 2 Drucksensoren (P1, P2) beabstandet voneinander als auch mit einem skizzenhaft deutlich sichtbaren beabstandet (D1) zu denen jeweiligen seitlichen Enden des Hohlkörpers 1 dargestellt sind. Ein solches Ausführungsbeispiel ermöglicht es, sich den Einfluss der Reflexionen sowohl im Nahbereich des Drucksensors als auch für einen weiter beabstandete Drucksensor gut vorzustellen. Der Hohlkörper 1 kann dabei vor, hinter oder innerhalb eines Dämpfungselements, bspw. eines Absorberschaums im Außenbereich des Fahrzeugs, bspw. vor dem Querträger angeordnet sein.
Erfolgt, wie hier skizziert, ein Aufprall eines Aufprallobjektes 2 auf einen solchen Hohlkörper 1, so breitet sich die Druckwelle allseitig aus, erreicht zu einem 1. Zeitpunkt den Drucksensor P1 und nur unwesentlich später dass eine seitliche Ende 11 des Hohlkörpers. An diesem seitlichen Ende 11 kommt es somit natürlich zu einer Reflexion der Druckwelle zurück in Richtung des 1. Drucksensors, wie hier skizzenhaft dargestellt wurde. Ab diesem Zeitpunkt kommt es zu einer Verfälschung des Signals am Drucksensor P1, wobei der Einfluss der Reflexionen insbesondere vom Abstand zwischen dem Drucksensor und der Reflexionsstelle, darüber hinaus aber von weiteren Faktoren, wie beispielsweise im Material des Hohlkörpers, der Formgebung der Reflexionsstelle usw. abhängig ist.
Aufgrund des größeren Abstands D2 kommt der am seitlichen Ende 11 reflektierte Anteil natürlich zeitlich später am Drucksensor P2 ebenfalls an, kann und sollte dort aber ebenfalls entsprechend berücksichtigt werden.
Da die Schallgeschwindigkeit in Bezug auf die hier vorliegenden Abmaßen eines Hohlkörpers jedoch in beiden Fällen so hoch ist, dass bei Erfassung eines Signals über einen Zeitbereich hinweg die Beeinflussung durch die Reflexionswellen nicht verhindert werden kann und soll, erweist es sich als vorteilhaft, dieser durch ein Korrektursignal zu berücksichtigen.
Besonders gut zu ermitteln und vorstellbar ist die Bestimmung des Korrektursignals bei einem Hohlkörper mit zwei voneinander beabstandeten Drucksensoren. Aus dem Signal des Drucksensors P1 wird in 3 ein Korrektursignalanteil für den beabstandeten Drucksensor P2 bestimmt und das Signal dieses anderen Drucksensors P2 um diesen Korrektursignalanteil korrigiert, d.h. nachfolgend ein bereinigtes Signal S2_rein1 des 2. Drucksensors P2 bereitgestellt. Vorzugsweise erfolgt dies natürlich wechselseitig d.h. auch aus dem Signal des Drucksensors P2 wird ein Korrekturanteil für das Signal des Drucksensors P1 erzeugt und ein bereinigtes Signal S1_rein2 und für die nachfolgende Signalverarbeitung bereitgestellt. Vorzugsweise beinhaltet diese hier rein skizzenhaft gezeigte Signalvorverarbeitung, dass der Korrektursignalanteil bestimmt wird, indem das Signal des entsprechenden Drucksensors um eine Verzögerungszeit T1 verzögert und um einen Dämpfungsfaktor geschwächt wird.
Die Verzögerungszeit T1 bzw. T2 berücksichtigt die Laufzeit der Reflektion des Drucksignals von der Reflexionsstelle zum jeweiligen Drucksensor aufgrund des Abstandes D2 bzw. der Gesamtlänge eines Schlauchs L wie in 3.
Zudem wird zur Erzeugung des Korrektursignalanteils dass über das Frequenzspektrum nicht einheitliche Dämpfungsverhalten berücksichtigt, beispielsweise ein frequenzselektiver Dämpfungsfilter (F1, F2) verwendet.
Dabei kann die hier gezeigte Signalvorverarbeitung im Aufprallerkennungssystem in einer separaten Signalauswerteschaltung zur Durchführung eines Verfahrens erfolgen oder komplett in Software im Steuergerät für die Schutzeinrichtungen im Kraftfahrzeug und ist die hier skizzierte Blockstruktur damit rein beispielhaft und deren Umsetzung in entsprechende Algorithmen zu erwarten.
Gerade bei Ausgestaltungen eines Aufprallsensors mit einem Silikonschlauch 1 sind die Drucksensoren P1, P2 jeweils an den Schlauchenden befestigt. Dabei bildet jeder Drucksensor seinerseits jedoch eine Reflexionsstelle, da der Drucksensor immer einen gewissen mechanischen Widerstand bietet und damit Reflexionen hervorruft, welche sich nachfolgend im Signal widerspiegeln.
Auch wenn in diesem Falle der Abstand D1 zwischen der Reflexionsstelle und dem Drucksensor P1 quasi zu 0 wird, hat auch diese Reflexion doch einen Einfluss und können das am Drucksensor messbare Signal nahezu verdoppeln. Zwar ist die zeitliche Verzögerung dabei äußerst gering und gegebenenfalls vernachlässigbar, weniger jedoch der Einfluss eines über die Signalbandbreite nicht konstanten Dämpfungsverhaltens an der Reflexionsstelle. So haben Reflexionsstellen nämlich üblicherweise insbesondere ein Tiefpass-Verhalten, das heißt werden hochfrequenter Signalanteile in der Druckwelle bei der Reflexion stärker gedämpft und überlagern folglich das Signal am Drucksensor weniger stark als niederfrequente Anteile.
Zudem kommt es jedoch auch im Nahbereich, nämlich aufgrund der Reduzierung des Querschnittes am Schlauchende 11 als auch durch weitere Hohlräume, beispielsweise zwischen dem eigentlichen Ende des Schlauchs 11 und dem Drucksensor P1 ein Hohlraum 13 beispielsweise im Anschlussstutzen als auch ein Hohlraum 14 beispielsweise durch das Gehäusevolumen des Drucksensors zu weiteren Reflexionen im Nahbereich des Sensors. Im Gegensatz zu der anhand von den 1 und 3 bisher beschriebenen Berücksichtigung der Reflexionen am gegenüberliegenden Ende des Hohlkörpers 1 durch das Signal des jeweils näherer an diesen Ende befindlichen Drucksensors sind jedoch für die Reflexionen im Nahbereich eines Sensors die Signale des beabstandeten Sensors wieder besonders geeignet noch gegebenenfalls überhaupt erforderlich bzw. vorhanden.
Für eine Berücksichtigung aller dieser Reflexionseffekte im Nahbereich haben erste Versuche eine Erfassbarkeit geeigneter Parameter T0 und F0 durch Laborversuche und eine Berücksichtigung in Form einer für eine Ausgestaltung dann konstanter Werte geeignet erscheinen lassen. Daraus kann, wie in 4 skizziert, somit ein um die Reflexionen im Nahbereich bereinigtes Signal S1_rein1 erzeugt werden.
In einer weiteren, in 5 skizzierten Ausgestaltung könnte ein solches bereinigtes Signal S1_rein1 beispielsweise nachfolgend noch um den Korrekturanteil aus dem Signal des zweiten Drucksensors P2 bereinigt werden. Darüber hinaus kann, wie ebenfalls in 5 skizziert, aber der Korrekturanteil auch als Signal des am 1. Drucksensor reflektierten Anteil verstanden und dieses Signal S1_reflex1 für die Bestimmung des Korrekturanteils für den 2. Sensor verwendet, d.h. im Beispiel von 3 gesprochen dem Verzögerungsglied T1 zugeführt werden. 5 kombiniert also die beiden in 3 bzw. 4 jeweils beschriebenen Funktionen, wenngleich nochmals klargestellt werden soll, dass der gemeinsame Grundgedanke der Korrektur der Reflexionseinflüsse in beiden Aspekten vorhanden, aber eben auch jeweils nur einer für sich genommen bereits einen technischen Fortschritt darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011108627 [0002]
EP 937612 A2 [0002]
WO 2012/113362 [0002]

Claims

Verfahren zur Aufprallerkennung mittels eines druckelastisch deformierbaren Hohlkörpers (1) sowie zumindest einem Drucksensor (P1, P2) zur Erzeugung eines Signals der Druckänderung im Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des zumindest einen Drucksensors (P1) unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Drucksensor und einer Reflexionsstelle, insbesondere einem Ende des Hohlkörpers, ein Korrektursignalanteil bestimmt und das Signal dieses Drucksensors (P1) und/oder eines weiteren Drucksensors (P2) um den jeweiligen Korrektursignalanteil korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektursignalanteil bestimmt wird, indem das Signal des entsprechenden Drucksensors um eine Verzögerungszeit (T0, T1, T2) verzögert und um einen Dämpfungsfaktor (F0, F1, F2) geschwächt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit (T0, T1, T2) die Laufzeit der Reflektion des Drucksignals von der Reflexionsstelle zum jeweiligen Drucksensor berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Korrektursignalanteils ein frequenzselektiver Dämpfungsfilter (F0, F1, F2) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am Hohlkörpers zumindest zwei voneinander beabstandete Drucksensoren (P1, P2) zur Erzeugung jeweils eines Signals der Druckänderung im Hohlkörper (1) vorgesehen sind und aus dem Signal zumindest eines der Drucksensoren ein Korrektursignalanteil für den beabstandeten Drucksensor bestimmt und das Signal dieses anderen Drucksensors um diesen Korrektursignalanteil korrigiert wird.
Aufprallerkennungssystem mit einem druckelastisch deformierbaren Hohlkörper (1) sowie zumindest 2 voneinander beabstandeten Drucksensoren (P1, P2) zur Erzeugung jeweils eines Signals der Druckänderung im Hohlkörper sowie einer Signalauswerteschaltung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Aufprallerkennungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der druckelastisch deformierbare Hohlkörper (1) einen Silikonschlauch ist, an dessen beiden entgegengesetzten Enden jeweils ein Drucksensor (P1, P2) angeordnet ist.